Was ist der unterschied zwischen molekül und atom

Dalton begründete 1803-1809 die Atomtheorie. Dabei besteht jedes Element aus sehr kleinen, unteilbaren Teilchen: den Atomen. Atome eines Elementes besitzen die gleichen Eigenschaften und lassen sich nicht in Atome anderer Elemente umwandeln. Verbindungen entstehen dann, wenn Atome verschiedener Elemente kombiniert werden.

1911 war Rutherford in der Lage, durch Experimente zu zeigen, dass ein Atom einen Atomkern besitzt. Dieser ist sehr klein und in ihm befinden sich sehr dicht positiv geladene Teilchen. In einem weitaus größeren Teil des Atoms befinden sich die negativ geladenen Teilchen, die um den Kern herumfliegen.

1913 entwickelte dann Niels Bohr das Bohrsche Atommodell, das auch heute noch häufig verwendet wird. Dieses Modell wird auch Schalenmodell oder Zwiebelschalenmodell genannt. Gleich den Schichten einer Zwiebel teilt sich hier die Elektronenhülle in einzelne Schalen auf. Diese Schalen umschließen dabei die innere Schale immer komplett. Auf diesen Schalen bewegen sich dann die Elektronen auf festen Bahnen. Dieses Modell stellt eine Erweiterung des Kern-Hülle-Modells dar, bei diesem war die Elektronenhülle noch nicht unterteilt. Doch auch das in der Chemie so häufig verwendete Bohrsch'e Atommodell stellt noch nicht den Gipfel der Weiterentwicklung dar. Schon seit 1925 haben sich quantenchemische Atommodelle etabliert, in denen die Atombahnen durch Atomorbitale ersetzt werden.

Atomaufbau

Schauen wir uns den Aufbau des Modells von Bohr etwas genauer an. Das Atom besitzt einen Atomkern und eine Atomhülle. Im Atomkern befinden sich die positiven Elementarteilchen, die Protonen und die ungeladenen Teilchen, die Neutronen. In der Atomhülle befinden sich die negativ geladenen Elektronen. Da ein Atom neutral ist, müssen in ihm die Anzahl an positiv geladener Teilchen und negativ geladener Teilchen gleich sein.

Ein Sauerstoffatom zum Beispiel besitzt insgesamt 8 Protonen und demnach auch 8 Elektronen. Auf der ersten Schale können sich maximal zwei Elektronen befinden. Wenn diese voll ist, dann wird die zweite Schale besetzt. Hier finden maximal 8 Elektronen Platz. Die sechs übrigen Elektronen des Sauerstoffatoms befinden sich also auf der zweiten Schale.

Moleküle

Gehen zwei Atome eine chemische Bindung ein, entsteht ein Molekül. Ein Wassermolekül besteht zum Beispiel aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Die Atome gehen über ihre Elektronen Bindungen ein.

Die Größe von Molekülen kann dabei ganz unterschiedlich sein. Es gibt sehr kleine Moleküle wie das Wasserstoffmolekül, aber auch sehr große Moleküle wie zum Beispiel das Chlorophyll.

Geometrie in Molekülen

Moleküle besitzen immer eine ganz bestimmte Molekülgeometrie. Voraussagen lässt sich diese durch das EPA-Modell (oder englisch VSEPR-Modell). Die Abkürzung steht für Elektronenpaar-Abstoßungs-Modell. Betrachtet wird dabei die Anzahl der Elektronenpaare um das zentrale Atom. Da sich Elektronenpaare abstoßen, ordnen sich diese so weit entfernt wie möglich an. Betrachtet werden dabei alle Bindungselektronenpaare und alle freien Elektronenpaare.

Schauen wir uns dazu das Methanmolekül an. Um das Kohlenstoffatom befinden sich vier Elektronenpaare, die je eine Bindung zu einem Wasserstoffatom eingehen. Die Geometrie, in der sich die vier Elektronenpaare am weitesten entfernen, ist eine tetraedrische Anordnung. Da alle Elektronenpaare Bindungselektronenpaare sind, ist auch die Geometrie im Molekül tetraedrisch.

Schauen wir uns im Vergleich Ammoniak an. Auch am zentralen Stickstoffatom befinden sich vier Elektronenpaare. Diese ordnen sich also wieder tetraedrisch an. Da allerdings nur drei der Elektronenpaare auch Bindungselektronenpaare zum Wasserstoff sind, entsteht eine trigonal-pyramidale Anordnung. Das freie Elektronenpaar taucht in der realen Molekülgeometrie also nicht auf, beeinflusst sie aber trotzdem.

Alles um uns herum ist aus Atomen oder Molekülen aufgebaut. Pflanzen, Tiere, Menschen, die Erde, die 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 Moleküle. Der Mensch kann sie auch selber verändern, zum Beispiel wenn er etwas verbrennt oder Medikamente herstellt.

Auch Atome kann der Mensch verändern. In einem Atomkraftwerk spaltet man große Atomkerne in kleinere Teile auf. Dazu nimmt man das Element Uran. Dabei entsteht sehr viel Wärme, die man als Energie nutzt. Was da abläuft, nennt man „Kernspaltung“.

Das Gegenteil läuft in der Natur ab: Zum Beispiel auf der Sonne und auf den Sternen geschieht das Umgekehrte: Da verschmelzen mehrere kleine Atomkerne zu einem großen. Das hat jeweils mit dem Element Helium zu tun. So entsteht eine enorme Hitze. Diesen Ablauf nennt man „Kernfusion“. Viele Wissenschaftler tüfteln zwar daran, aber es ist ihnen noch nicht gelungen, dies nachzuahmen und so selber Energie zu gewinnen.

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. Damit will man Atome untersuchen und noch kleinere Teilchen entdecken.

Mit ganz modernen Spezialmikroskopen kann man Atome sichtbar machen. Sie erscheinen dann als unscharfe Kügelchen. Allerdings ist das nur eine Computer-Darstellung. Denn tatsächlich bestehen Atome aus einem Kern und einer sogenannten Elektronen-Hülle. Die Hülle ergibt sich nur dadurch, dass die Elektronen so schnell um den Kern herum sausen, dass man meint, sie seien gleichzeitig überall. Wenn sich die Elektronen von den Atomem ablösen lassen und weiter bewegen, dann fließt elektrischer Strom.

Im Atomkern befinden sich zwei Arten von Teilchen: Protonen und Neutronen. Die Protonen sind positiv geladen. Sie halten die Elektronen wie an einem unsichtbaren Faden fest, weil diese negativ geladen sind. Sie ziehen sich ähnlich wie die zwei verschiedenen Pole von Magneten an.

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 darf nicht mit Wasser verwechselt werden. Der Wasserstoff hat den ersten Platz im Periodensystem der Elemente. Das ist eine Tabelle, die alle Atomsorten zeigt.

Für Physiker sind die Atom-Bestandteile Protonen, Neutronen und Elektronen zu ungenau. Sie kennen noch kleinere Bestandteile. Aber um das wirklich gut zu verstehen, muss man mindestens ins Gymnasium oder sogar auf die Universität gehen.

Was sind Moleküle?

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H2O

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.

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.

Zu „Atome und Moleküle“ gibt es auch einen Artikel für Lese-Anfänger auf MiniKlexikon.de und weitere Such-Ergebnisse von Blinde Kuh und Frag Finn.