Die Materie ist nicht immer das, was sie zu sein vorgibt. Sie scheint unzerteilbar zu sein und doch können wir sie – zumindest theoretisch – in ihre feinsten Bestandteile zerlegen. Was wir da zu sehen bekommen, sind Protonen, Neutronen, Elektronen, Bosonen, Mesonen, Leptonen, Quarks, Neutrinos und Strings, um nur einige zu nennen.
Auf dieser Seite geht es um die »traditionellen« Elementarteilchen nach Niels Bohrs Atommodell, also die Protonen, Neutronen und Elektronen.
Atome (griech.): ατομοσ (atomos) = „unteilbar” sind die Grundbausteine der Materie. Ein Atom besteht prinzipiell aus dem Atomkern, der 99,9% der Masse des Atoms besitzt und der Atomhülle, die aus den Elektronen besteht und die räumliche Ausdehnung des Atoms bestimmt. Die Atomhülle ist etwa 100 000 mal größer als der Kern. Was dazwischen liegt, ist leerer Raum.
Die Anzahl der Protonen im Atomkern bestimmt darüber, um welches chemische Element es sich bei dem Atom handelt. Es gibt 95 natürliche chemische Elemente, also Arten von Atomen. Daneben gibt es noch 23 so genannte Transurane, also Elemente, die einen größeren Atomkern haben als Uran. Diese Transurane sind radioaktiv. Die meisten von ihnen kommen in der Natur zwar vor, aber nur in Spuren. Sie sind Überbleibsel der Supernova, aus der unser Sonnensystem entstanden ist.
Protonen sind jene Teilchen, die letztendlich bestimmen, um welches Element es sich handelt. Wenn im Atomkern z.B. zwei Protonen sind, dann haben wir es mit Helium zu tun, bei 6 Protonen ist es Sauerstoff und ein Atom mit 79 Protonen im Kern ist Gold. Damit der Atomkern komplett ist, braucht er noch die gleiche Anzahl an Neutronen. Ein Proton hat eine Masse von 1,672621777·10-27 kg. Protonen sind elektrisch positiv geladen. Durch diese Ladung können die negativ geladenen Elektronen auf »Umlaufbahnen« um den Atomkern kreisen.
Neutronen sind die Zwitter unter den Elementarteilchen. Sie sind Teilchen, die in ihren Eigenschaften weitgehend den Protonen entsprechen, jedoch mit dem Unterschied, dass Neutronen keine elektrische Ladung besitzen. Sie sind elektrisch neutral. Ein Neutron hat eine Masse von 1,674927351·10-27 kg, also um 2,305574·10-30 kg mehr als ein Proton. Das entspricht 2,530988 Elektronenmassen.
Sowohl Protonen als auch Neutronen gehören zu den Baryonen (gr. barys = schwer), weil sie eine (vergleichsweise) große Masse haben.
Elektronen sind gewissermaßen die Schlüsselteilchen, weil durch sie die chemischen Eigenschaften aller Elemente bestimmt werden. Wenn chemische Reaktionen stattfinden, dann sind daran immer die Elektronen maßgeblich beteiligt (siehe Edelgaskonfiguration).
Die Masse eines Elektrons (9,10938291·10-31 kg) ist zwar im Vergleich zu Protonen (1/1836,15) oder Neutronen (1/1838,68) verschwindend gering, doch die elektrische Ladung eines Elektrons entspricht genau jener eines Protons – nur „andersrum”, also negativ gepolt. Sie beträgt -1,60217733·10-19 Coulomb. Andersrum formuliert ist ein Coulomb eine Ladung von 6,24151·1018 (6,24 Trillionen) Elektronen.
Elektronen interagieren nicht nur mit ihresgleichen oder Protonen und Neutronen, sondern auch mit Magnetismus und mit Photonen, also elektromagnetischer Strahlung wie Licht. Und weil das so ist, ist z.B. Glas durchsichtig, während Metalle Strahlung reflektieren.
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