Atome und Moleküle

Ein Bild mit Kohlenstoffatomen, das mit einem Rastertunnelmikroskop erzeugt wurde.

Alles um uns herum ist aus Atomen oder Molekülen aufgebaut. Pflanzen, Tiere, Menschen, Erde, Luft, die Sonne und was es sonst noch alles gibt. Die Atome und Moleküle sind aber so klein, dass man sie weder mit den Augen noch mit den stärksten Mikroskopen genau betrachten kann.

In der Mitte des Atoms liegt der Kern. Darum herum bilden die Elektronen so etwas wie eine Wolke. Aus Atomen besteht beispielsweise Eisen, Kupfer oder Gold. Auch Helium besteht ausschließlich aus Atomen. Man braucht es als Gas für Ballons. Insgesamt gibt es mindestens 118 verschiedene Atome.

Moleküle haben mehrere Kerne und eine Wolke von Elektronen darum herum. Ein einfaches Molekül ist Wasser. Es gibt sehr viele verschiedene davon in der Natur. Der Mensch kann sie auch selber verändern, zum Beispiel wenn er etwas verbrennt oder Medikamente herstellt.

Der Name „Atom“ kommt von dem griechischen Wort „atomos“, das bedeutet: „das Unzerschneidbare“ oder „das Unteilbare“. Ausgedacht haben sich das einige griechischen Philosophen. Sie beobachteten vor etwa 2500 Jahren die Natur und versuchten zu erklären, was sie sahen. Eine gute Vorstellung von Atomen und Molekülen hat man aber erst etwa seit dem Jahr 1900. Heute wissen wir, dass Atome eben doch teilbar sind.

Was sind Atome?

Eines der Messgeräte im CERN, das ist ein Forschungsinstitut in Genf. Das Gerät ist über 20 m hoch ist. Damit will man Atome untersuchen und noch kleinere Teilchen entdecken.

Unter ganz modernen Spezialmikroskopen kann man Atome erkennen. Sie erscheinen dann als unscharfe Kügelchen. Man sieht jedoch nur die Oberfläche. Aber das ist eine Täuschung. Es gibt nur winzige Teilchen, die heißen „Elektronen“. Die sausen so schnell um den Kern herum, dass man bloß meint, sie seien gleichzeitig überall. Sie sind es übrigens auch, die den elektrischen Strom bilden. Dazu müssen sie sich allerdings herauslösen.

Im Atomkern befinden sich zwei Arten von Teilchen: Protonen und Neutronen. Die Protonen sind positiv elektrisch geladen. Sie halten dadurch die Elektronen wie an einem unsichtbaren Faden fest. Die Elektronen sind nämlich negativ geladen.

Atome unterscheiden sich durch die Größe des Kerns. Sie haben also mehr oder weniger Protonen und Neutronen. Das kleinste von ihnen ist der Wasserstoff. Das ist ein Gas, und nicht zu verwechseln mit Wasser. Der Wasserstoff belegt den ersten Platz im Periodensystem. Das ist eine Tabelle, die alle Atome der Größe nach ordnet und mit dem kleinsten beginnt.

Die Physiker sehen das Ganze allerdings viel komplizierter. Es gibt noch andere Teile in den Atomen. Aber um das wirklich gut zu verstehen, muss man mindestens ins Gymnasium oder sogar auf die Universität gehen.

Was sind Moleküle?

So sieht ein Wassermolekül im Modell aus. Rot in der Mitte ist der Sauerstoff, grau außendran die beiden Wasserstoff-Teilchen.

In einem Molekül haben sich verschiedene Atome zusammengeschlossen. Am besten kennen wir das Wasser. Das ist ein sehr einfaches Molekül. Es besteht aus je zwei Wasserstoffatomen, die sich mit einem Sauerstoffatom verbunden haben. Der Chemiker schreibt es so: H₂O. H₂ bedeutet: vom Wasserstoff gibt es zwei. O steht für Sauerstoff, und zwar nur für ein Atom. Ausgesprochen wird es so: Hah-zwei-Oh.

Moleküle kann man ganz einfach selbst herstellen oder verändern. Man muss nur ein Stück Holz, Papier oder sonst etwas anzünden. Dann verbinden sich die Atome oder Moleküle zusätzlich mit Sauerstoff. Zum Großteil entsteht daraus das Gas Kohlendioxid. Wir können auch einfach atmen, dann blasen wir Kohlendioxid heraus, welches unser Körper selber gemacht hat.

Der Mensch kann Moleküle auch gezielt herstellen. Es gibt große Betriebe, die das erforschen. Sie suchen nach neuen Materialien oder Medikamenten. Dazu verändern sie Moleküle oder bauen neue zusammen.

Besteht die Welt ausschließlich aus Atomen und Molekülen?

Diese Frage muss man mit Ja und Nein beantworten. Erstens gibt es da eben noch die kleineren Teile. Aber auch Elektronen, die sich als elektrischer Strom durch eine Leitung bewegen, sind weder Atom noch Molekül. Auch Licht ist weder das eine noch das andere, sondern etwas ganz anderes.

Vieles besteht aber auch aus einem Gemisch. Bronze zum Beispiel besteht aus Kupfer und Zinn. Diese Atome liegen in der Bronze nebeneinander. Sie sind nicht als Moleküle miteinander verbunden. Bronze ist also ein Gemisch von Atomen.

Auch die Luft ist ein Gemisch, und zwar aus verschiedenen Molekülen. Sauerstoff und Stickstoff gehören dazu. Je nach dem ist mehr oder weniger Kohlendioxid drin und noch viele andere Gase. Auch winzige Wassertröpfchen gehören dazu.

Auch alle Pflanzen oder Tiere bestehen aus einem Gemisch, meist aus Molekülen. Das Geheimnis der Natur ist eben auch die geniale Anordnung der verschiedenen Atome und Moleküle, und wie sie zusammenarbeiten.

Was ist Atomkraft?

Das Atomkraftwerk Beznau in der Schweiz ist das älteste der Welt.

Eigentlich sind Atome sehr stabil und gehen nicht kaputt. Man hat aber inzwischen Atomsorten gefunden, die kaputtgehen können. Da Atome ja aus noch kleineren Teilchen bestehen, kann man das gut erklären. Der Grund ist, dass der Atomkern zu groß ist, um zusammenzuhalten. Das Atom oder genauer der Atomkern zerfällt und einige Bestandteile des Atoms fliegen weg. Das nennt man auch Radioaktivität oder radioaktive Strahlung. Diese ausgestoßenen Teilchen sind sehr schnell und das nutzt man aus, um daraus Energie zu gewinnen. Die Energie wird als Wärme in Wasser aufgefangen. Da dabei der Kern kaputt geht, sagt man neben Atomkraft auch Kernkraft.

Leider kann die Nutzung der Atomkraft gefährlich sein. Es gab schon einige Unfälle in Atomkraftwerken. Das letzte große Unglück geschah im Jahr 2011 im Atomkraftwerk von Fukushima auf Japan.

Der Grund für die Gefährlichkeit sind die radioaktiven Strahlen. Die schnellen Teilchen mit viel Energie können auch Körperzellen zerstören, was zu Krebs führen kann. Besonders schlimm ist es, wenn man radioaktive Atome in den Körper aufnimmt. Das kann nach einem Unfall in einem Atomkraftwerk passieren, da bei der Explosion viele Atome freigesetzt werden, die radioaktiv sind. Wenn diese radioaktiven Atome auf Gemüse oder Obst gelangen, kann es sein, dass man sie isst. Im Körper aufgenommen trifft einen die Strahlung direkt von innen heraus, was noch gefährlicher ist.

Viele Forscher sind übrigens am Anfang der Erforschung der Atome und der Radioaktivität an den Folgen einer radioaktiven Verstrahlung gestorben. Man wusste noch nicht, wie gefährlich sie ist und wie man sich davor schützen kann.

Was ist eine Atombombe?

Der Atompilz nach dem Abwurf der Atombombe über Nagasaki: Durch die heiße Explosion zieht Wasserdampf in die Höhe.

Atomkraftwerke sind nicht ganz ungefährlich. Allerdings möchte man dabei die Atomkraft friedlich nutzen, um Energie zu bekommen. Was als Unfall in einem Atomkraftwerk passieren kann, eine Explosion, ist manchmal gewollt: bei einer Atombombe. Sie soll besonders viel zerstören. Außerdem werden viele radioaktive Atome frei, wodurch Menschen krank werden. So sind Atombomben noch nach der Explosion sehr gefährlich.

Deshalb sind die meisten Länder der Meinung, dass man Atombomben nicht mehr bauen sollte. Es gibt aber immer noch viele Atombomben. Die größeren Länder behalten sie, weil sie sich verteidigen wollen, wenn andere Länder sie bedrohen. Bisher wurden erst zwei Atombomben im Krieg genutzt, und zwar 1945 von den USA gegen Japan.

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