Lernt man in unseren Schulen nicht auch deshalb so viel, was man nicht gebrauchen kann,
um so vieles nicht zu lernen, was man brauchen könnte? 8
1 Einiges über Atommodelle
Zum Verständnis einiger der folgenden Ausführungen benötigen wir ein paar wenige grundlegende Kenntnisse über den Aufbau und insbesondere über die Radioaktivität von Atomkernen. Dazu genügt bereits die Kenntnis des von Niels Bohr schon im Jahre 1913 vorgestellten Atommodells. Damit können die Phänomene, um die es uns hier geht, auf anschauliche Weise erklärt werden.
1.1 Das bohrsche Atommodell
Atome bestehen aus dem Atomkern einerseits und der Atomhülle andererseits. Die Hülle wird aus negativ geladenen Elektronen, der Kern aus positiv geladenen Protonen und gegebenenfalls aus elektrisch neutralen Neutronen gebildet. Eigentlich sollte man erwarten, dass die negativen Elektronen in die positiv geladenen Kerne stürzen. Das einfachste Bild ist deshalb ein Schalenmodell, in dem die Elektronen auf unterschiedlichen Schalen oder auch Bahnen um den Kern kreisen, vergleichbar mit den Planetenbahnen um die Sonne. Die Schale, auf der sich ein Elektron befindet, bestimmt seine Bindungsenergie an den Atomkern. Diese Energiewerte können nur ganz bestimmte diskrete Werte annehmen. Auf jeder Schale, die von innen nach außen mit Großbuchstaben, beginnend mit K, bezeichnet werden, kann sich maximal eine bestimmte Anzahl Elektronen aufhalten. Diese maximale Anzahl heißt Besetzungszahl. In derTabelle 1.1 sind die Besetzungszahlen der Schalen K bis P zusammengestellt. Es gilt
Dabei ist n die Besetzungszahl und s, von innen nach außen gezählt, die Nummer der Schale. In derAbbildung 1.1 ist beispielhaft das Schalenmodell des Schwefelatoms mit 16 Elektronen dargestellt.
| Nummer | Bezeichnung | Besetzungszahl |
Tabelle 1.1: Besetzungszahlen der Elektronenschalen
Abbildung 1.1: Das Schwefelatom mit der Schalenkonfiguration K2, L8, M6
Das beschriebene Schalenmodell kann nicht alle beobachten Phänomene erklären, sodass schnell relativ komplizierte Erweiterungen notwendig werden. Im vorliegenden Kontext kommen wir aber mit dem beschriebenen Modell aus.
Die Elektronenhülle bestimmt maßgeblich die chemischen Eigenschaften der Elemente. Chemische Verbindungen kommen nämlich durch Wechselwirkungen der Elektronenhülle zustande.
Eine Elektronenhülle kann sich in einem energetisch angeregten oder im sogenannten Grundzustand befinden. Ein angeregter Zustand wird durch Energiezufuhr erreicht. Elektronen werden dadurch auf energetisch höher angesiedelte Schalen „gehoben“. Eine sich selbst überlassene Elektronenhülle strebt stets ihrem niedrigsten Energieniveau zu, was dem Grundzustand entspricht. Eine Anregung wird beispielsweise erreicht durch die Absorption eines Photons, eines Lichtteilchen also. Diese Anregung wird auch als Photonenanregung bezeichnet. Eine andere Möglichkeit ist die thermische Anregung durch Erwärmung des Materials. Durch die Wärmebewegung kommt es zu Zusammenstößen zwischen den Elektronen mit anderen Teilchen (Stoßanregung). Wir sehen uns
