Kategorie: Chemie Veröffentlicht am: 13. März 2014
Nein, zwei Atome desselben chemischen Elements sind in der Regel nicht identisch. Zunächst einmal gibt es eine Reihe von möglichen Zuständen, die die Elektronen eines Atoms einnehmen können. Zwei Atome desselben Elements können sich unterscheiden, wenn sich ihre Elektronen in unterschiedlichen Zuständen befinden. Wenn ein Kupferatom ein Elektron in einem angeregten Zustand hat und ein anderes Kupferatom alle seine Elektronen im Grundzustand hat, dann sind die beiden Atome unterschiedlich. Das angeregte Kupferatom wird ein wenig Licht aussenden, wenn das Elektron wieder in den Grundzustand zurückfällt, und das Kupferatom, das sich bereits im Grundzustand befindet, nicht. Da die Zustände der Elektronen in einem Atom die Art der chemischen Bindung, die das Atom erfährt, bestimmen, können zwei Atome desselben Elements unterschiedlich reagieren, wenn sie sich in verschiedenen Zuständen befinden. Zum Beispiel reagiert ein neutrales Natriumatom (z. B. aus einem Stück Natriummetall) viel heftiger mit Wasser als ein ionisiertes Natriumatom (z. B. aus einem Stück Salz). Chemiker wissen das sehr gut. Es reicht nicht aus, zu sagen, welche Atome beteiligt sind, wenn man eine Reaktion vollständig beschreiben und vorhersagen will. Man muss auch die Ionisations-/Erregungszustände der Elektronen in den Atomen angeben. Selbst wenn man sie in Ruhe lässt, hat ein Atom oft nicht die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen.
Aber was ist, wenn zwei Atome desselben Elements beide ihre Elektronen in den gleichen Zuständen haben. Sind sie dann identisch? Nein, sie sind immer noch nicht identisch. Zwei Atome des gleichen Elements und im gleichen elektronischen Zustand könnten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen oder drehen, was ihre Fähigkeit, sich chemisch zu verbinden, beeinflusst. Langsamer bewegte Atome (wie die Atome in festem Eisen) haben Zeit, stabile Bindungen zu bilden, während schneller bewegte Atome (wie die Atome in flüssigem Eisen) solche stabilen Bindungen nicht bilden können. Ein sich langsam bewegendes Zinn-Atom verhält sich anders als ein sich schnell bewegendes Zinn-Atom.
Aber was ist, wenn zwei Atome des gleichen Elements ihre Elektronen in den gleichen Zuständen haben und die Atome sich beide mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen und drehen. Sind sie dann identisch? Nein. Obwohl zwei solche Atome im Wesentlichen chemisch identisch sind (sie werden chemisch auf die gleiche Weise reagieren), sind sie nicht völlig identisch. Zum Atom gehört mehr als nur die Elektronen. Es gibt auch den Kern. Der Kern eines Atoms enthält Neutronen und Protonen, die eng aneinander gebunden sind. Das gleiche chemische Element kann eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben und trotzdem das gleiche Element sein. Wir bezeichnen die Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Neutronenzahl als „Isotope“. Während das jeweilige Isotop keinen Einfluss darauf hat, wie ein Atom chemisch reagiert, bestimmt es doch, wie sich das Atom in Kernreaktionen verhält. Die häufigste Kernreaktion auf der Erde ist der radioaktive Zerfall. Einige Isotope zerfallen sehr schnell in andere Elemente und geben Strahlung ab, während andere Isotope dies nicht tun. Bei der Kohlenstoffdatierung ist die Tatsache, dass ein Kohlenstoff-12-Atom nicht mit einem Kohlenstoff-14-Atom identisch ist, für den Datierungsprozess wesentlich. Das einfache Zählen der Anzahl der Kohlenstoffatome in einer Probe wird Ihnen keine Informationen über das Alter einer Probe geben. Man muss stattdessen die Anzahl der verschiedenen Isotope des Kohlenstoffs zählen.
Aber was ist, wenn zwei Atome das gleiche Element sind, Elektronen im gleichen Zustand haben, sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen und drehen und die gleiche Anzahl an Neutronen haben; sind sie dann identisch? Nein. Genau wie die Elektronen können auch die Neutronen und Protonen im Kern in verschiedenen angeregten Zuständen sein. Außerdem kann der Kern als Ganzes mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren und vibrieren. Daher können zwei Goldatome, auch wenn alles andere identisch ist, ihre Kerne in unterschiedlichen Anregungszuständen haben und sich in Kernreaktionen unterschiedlich verhalten.
Zugegebenermaßen ist es sehr schwer, zwei Atome desselben Elements exakt identisch zu machen. In der Tat war es einen Nobelpreis wert, eine Gruppe von Atomen dazu zu bringen, nahezu identisch zu sein. Denken Sie also nicht, dass Atome individuelle Identitäten haben, die über das hinausgehen, was hier erwähnt wurde. Wenn sich zwei Kohlenstoffatome im exakt gleichen molekularen, atomaren, elektronischen und nuklearen Zustand befinden, dann sind diese zwei Kohlenstoffatome identisch, egal woher sie kommen oder was in der Vergangenheit mit ihnen passiert ist.
Themen: Atom, Atome, Kohlenstoff, chemisch, Elektron, elektronischer Zustand, Element, Isotop, Kern