Die kleinste Einheit eines chemischen Elements, die die Eigenschaften dieses Elements besitzt, nennt man Atom. Viele Elemente (z.B. Helium) kommen als einzelne Atome vor. Andere Elemente kommen als Moleküle vor, die aus mehr als einem Atom bestehen. Zu den Elementen, die normalerweise als zweiatomige Moleküle auftreten, gehören Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und die Halogene, aber Sauerstoff kommt auch in einer dreiatomigen Form vor, die Ozon genannt wird. Phosphor kommt in der Regel als vieratomiges Molekül vor, und kristalliner Schwefel tritt als Molekül mit acht Atomen auf.
Ungeachtet der Anzahl der Atome, aus denen ein Element besteht, hat jedes Atom die gleiche Anzahl von Protonen in seinem Kern, die sich von der Anzahl im Kern jedes anderen Elements unterscheidet. Diese Zahl, die so genannte Ordnungszahl (At.-Nr.), definiert das Element. Zum Beispiel besteht das Element Kohlenstoff aus Atomen mit der Ordnungszahl 6, d. h. alle haben 6 Protonen im Kern; jedes Atom mit der Ordnungszahl 6 ist ein Kohlenstoffatom. Im Jahr 2016 waren 118 Elemente bekannt, von Wasserstoff mit der Ordnungszahl 1 bis zu Oganesson mit der Ordnungszahl 118. (Eine alphabetische Liste aller Elemente mit ihren Symbolen, Ordnungszahlen, Atomgewichten sowie Schmelz- und Siedepunkten finden Sie in der Tabelle „Elemente“). Die Kerne der meisten Atome enthalten auch Neutronen. Die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen im Kern eines Atoms wird als Massenzahl bezeichnet. Die Massenzahl eines Kohlenstoffatoms mit 6 Protonen und 6 Neutronen in seinem Kern ist beispielsweise 12.
Obwohl alle Atome eines Elements die gleiche Anzahl von Protonen in ihren Kernen haben, haben sie nicht unbedingt alle die gleiche Anzahl von Neutronen. Atome eines Elements mit der gleichen Massenzahl bilden ein Isotop des Elements. Alle bekannten Elemente haben Isotope; einige haben mehr als andere. Wasserstoff zum Beispiel hat nur 3 Isotope, Xenon dagegen 16. Es sind etwa 300 natürlich vorkommende Isotope bekannt, und mehr als 2.500 radioaktive Isotope wurden künstlich hergestellt (siehe synthetische Elemente). Es gibt 13 Isotope des Kohlenstoffs mit 2 bis 14 Neutronen im Kern und daher Massenzahlen von 8 bis 20.
Nicht alle Elemente haben stabile Isotope. Einige haben nur radioaktive Isotope, die zerfallen und andere Isotope bilden, meist von anderen Elementen (siehe Radioaktivität). In einigen Fällen sind alle Isotope eines Elements sehr instabil, so dass das Element in der Natur nicht vorkommt. Es ist bekannt, dass nur 94 Elemente auf der Erde vorkommen. Von diesen kommen 6 in winzigen Mengen vor, die durch den Zerfall anderer Elemente entstehen. Diese 6 extrem seltenen Elemente und diejenigen, die in der Natur überhaupt nicht vorkommen, wurden entdeckt, als sie im Labor hergestellt wurden; sie werden oft als künstlich hergestellte oder synthetische Elemente bezeichnet.
Atome sind nicht sehr massiv; ein Kohlenstoffatom wiegt etwa 2 10?23 Gramm. Weil Atome so wenig Masse haben, wird eine viel kleinere Einheit als das Gramm verwendet. Im aktuellen System (das 1960-61 eingeführt wurde) ist die Einheit der Atommasse, die so genannte Atommasseneinheit (amu), definiert als genau 1-12 der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms. Die Atommasse eines Elements ist der Mittelwert (gewichteter Durchschnitt) der Atommassen aller natürlich vorkommenden Isotope. Kohlenstoff hat zwei natürlich vorkommende Hauptisotope, Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13. Kohlenstoff-12, dessen Masse mit genau 12 amu definiert ist, macht 98,89 % des natürlich vorkommenden Kohlenstoffs aus; Kohlenstoff-13, dessen Masse 13,00335 amu beträgt, macht 1,11 % aus. (Das Atomgewicht eines Elements wird bestimmt, indem die prozentuale Häufigkeit jedes Isotops mit der Atommasse des Isotops multipliziert, diese Produkte addiert und durch 100 geteilt werden. Die Isotopenhäufigkeit wird jedoch häufig durch das Medium der Quelle (fest, flüssig oder gasförmig) bestimmt, und das durchschnittliche Atomgewicht kann schwanken. So ist für Kohlenstoff /100?=?12,01115 das Atomgewicht des Elements Kohlenstoff in amu, aber da die Anteile der Isotope je nach Fundort des Kohlenstoffs variieren, wird das Atomgewicht des Kohlenstoffs jetzt als Intervall ausgedrückt, das durch die untere und obere Grenze definiert ist, innerhalb derer das Atomgewicht liegt: . Bestimmte synthetische Elemente existieren nur vorübergehend in Form einiger kurzlebiger Isotope; in solchen Fällen kann das Konzept des Atomgewichts nicht angewandt werden.
- Einleitung
- Das Atom
- Eigenschaften der Elemente
- Offizielle Symbole und Namen für die Elemente
- Die Elemente im Wandel der Zeit
- Bibliographie