Atom
⚛ Kleines Bauteil von Materie
Basiswissen
Wörtlich: nicht schneidbar. Als Atom bezeichnete man ursprünglich ein kleinstmögliches Teilchen, das selbst nicht mehr teilbar ist. Heute bezeichnet man kleinste Teilchen aus Protonen und Neutronen in einenm Kern und Elektronen in einer Hülle als Atom.
Die Geburt der Atomidee in der Antike
Das Wort Atom kommt aus dem Altgriechischen. Auf Deutsche meint es so viel wie nicht-schneidbar oder nicht-teilbar. Die griechischen Philosophen Leukipp und Demokrit[1] lebten im 5. und 4. Jahrhundert vor Christus. Ihnen wird sinngemäß folgender Gedanke zugeschrieben: wenn man ein Stück Knete nimmt und es in zwei gleich große Stücke teilt, dann hat man zwei kleinere Stücke. Dann nimmt man eines dieser Stücke und halbiert es wieder. Und dann immer weiter so. Angenommen man hätte immer ein ausreichend kleines und scharfes Messer: könnte man dann die Knetteilchen immer kleiner und immer kleiner machen? Demokrit und Leukipp dachten nein. Sie dachten, dass irgendwann einmal ein Teilchen kommt, dass man gar nicht mehr teilen könnte. Selbst mit einem beliebig scharfen und kleinen Messer nicht. Dieses rein gedankliche Teilchen nannten sie in ihrer Sprache ein "Atomon" - ein unschneidbares Ding. Dieser Gedanke war die Geburststunde der Atomidee. Siehe auch Atomon ↗
Moderne Skepsis an der Atomidee seit 16tem Jahrhundert
Seit dem 16ten bis weit ins 19te Jahrhundert haben verschiedene Denker angezweifelt, dass es in der Wirklichkeit Atome im antiken Sinn gebe könne[6]. Ein Ende der Teilbarkeit sei für körperliche reale Dinge nicht plausibel. Atome "nicht als wirkliche Grundbestandteile der realen Welt angesehen werden" Stattdessen wurde vorgeschlagen, als kleinste Bauteile der realen Welt "geistige Einheiten oder kleinste Substanzteilchen oder Kraftzentren" anzunehmen. Ludwig Boltzmann (1844 bis 1906) soll vorgeschlagen haben, Atome nur noch als "Etwase" zu bezeichnen[7]. Das klingt erstaunlich modern. Die Quantenphysik des 20ten Jahrhunderts veränderte den Begriff von Materie - und damit auch vom eigentlichen Atom - hin zu Rechenoperationen, denen man nur noch schwer eine akzeptable, anschauliche Deutung beilegen kann. Und im sogenannten Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon[8] klingt die Möglichkeit an, dass Geist und Materie untrennbar miteinander verwoben sind. Sie dazu den Artikel zum Quantenobjekt ↗
Bis ins 19te Jahrhundert eine reine Spekulation
Bis ins frühe 19te Jahrhundert galt das Atom als reine Spekulation. Man zitierte die antike Vorstellung sinngemäß damit, dass ein Atom nicht weiter teilbar aber dennoch körperlich sei[3] aber so klein, dass er mit menschlichen Sinneswerkzeugen nicht mehr wahrnehmbar sei[4]. Erst die chemischen Analysen
Chemisches Atom
Ernest Rutherford verwendete 1909 den Begriff des chemischen Atoms: das ist die kleinste Einheit von Masse, die unterschiedliche Verbindungen eingehen kann. Rutherford lässt damit offen, ob diese Atome weiter teilbar sind oder nicht. Aber alle möglichen Bestandteile von Atomen können für sich alleine keine chemischen Verbindungen eingehen. Siehe auch On the Structure of the Atom (Thomson) [von 1909] ↗
Was meint Atom heute?
Was man heute als Atom bezeichnet ist nicht mehr der klassisch antike Atombegriff des unteilbaren. Als Atom bezeichnet man heute ein kleines, aber nicht das allerkleinste Bauteil von Materie. Aber man kann es in noch kleinere Teile zerlegen. So ein Atom besteht aus einem sehr kleinen und schweren Kern in seiner Mitte und einer sehr großen Atomhülle. Der Kern besteht immer aus Protonen und mehr oder minder vielen Neutronen. In der Hülle halten sich die leichten und sehr kleinen Elektronen auf. Wie ein Atom aufgebaut ist Gegenstand der sogenannten Atomphysik ↗
Aus welchen Teilen besteht ein Atom?
- In der Hülle Elektron ↗
- Im Kern Neutron ↗
- Im Kern Proton ↗
Was gilt heute als das kleinste Teilchen?
Das weiß man nicht. Heute ist es sogar schwierig geworden, in den Bruchstücken der Atome echte Teilchen zu erkennen. Von einem Elektron etwa weiß man, dass es eine Masse hat, also "etwas wiegt". Aber man weiß nicht, ob es eine Ausdehnung hat, ob es also überhaupt irgendeinen Platz oder Raum braucht. Was die Atomphysiker heute Teilchen nennen hat oft sehr seltsame Eigenschaften, die dem gesunden Menschenverstand widersprechen. Die Suche nach dem letztendlich kleinsten Baustein der Welt ist Gegenstand der Teilchenphysik ↗
Atommodelle
Die verbreitetste Vorstellung eines Atoms sieht die Elektronen ähnlich wie in einem Sonnensystem auf Kreisbahnen um den Atomkern fliegen (Thomson und Bohr). Diese Vorstellung kann viele Eigenschaften von Atomen erklären aber nicht alle. Mehr unter Atommodelle ↗
Fußnoten
- [1] Die Idee des Atoms wird dem Griechen Demokrit (470 bis 360 v. Chr.) zugeschrieben: "Scheinbar ist Farbe, scheinbar Süßigkeit, scheinbar Bitterkeit: wirklich nur Atome und Leeres." - Fragment 125 (gemäß Galenos von Pergamon, etwa 129 bis 200 n. Chr.); Übersetzt von Hermann Diels: Die Fragmente der Vorsokratiker, griechisch und deutsch, Zweiter Band, 3. Aufl., Berlin 1912. S. 85. Eine Alternative Übersetzung lautet: "Nur scheinbar hat ein Ding eine Farbe, nur scheinbar ist es süß oder bitter; in Wirklichkeit gibt es nur Atome und leeren Raum." - Wilhelm Capelle: Die Vorsokratiker, Kröner, Stuttgart 1935, S. 399. Zur antiken Vorstellung des Atoms, siehe unter Atomon ↗
- [2] Der römische Philosoph Lukrez (99 bis 55. v. Chr.) versucht den Atomgedanken aus dem Offensichtlichen herzuleiten: "Alle Natur, wie sie ist an sich, muß also bestehen Aus zwei Dingen allein. Denn Körper nur gibt es und Leeres, Welches die Körper umfängt und Bahn schafft jeder Bewegung. Was nun die Körper betrifft, so lehrt der gewöhnliche Sinn schon, Daß sie bestehn. Und wenn wir den Sinnen vor allem nicht trauen, Fehlt uns der Grund, auf den wir gestützt die verborgenen Dinge Irgendwie mit verständigem Geist zu erforschen vermögen. Ferner der Ort und der Raum, den wir als das Leere bezeichnen, Gab' es ihn nicht, so könnten ja nirgend die Körper sich lagern, Oder sich irgend bewegen wohin nach verschiedener Richtung, Was wir dir oben vor kurzem ausführlichst haben bewiesen." In: Lukrez: Über die Natur der Dinge. Berlin 1957, S. 41. Online: http://www.zeno.org/nid/20009208836
- [3] Noch um 1798 galt das Atom als reine Spekulation: "Der Atōm, des -es, plur. die -e, oder und zwar richtiger, die Atōme, plur. die -n, aus dem Griech. und Lat. Atomus, in der Metaphysik, einer der kleinsten Bestandtheile der Materie, welcher nicht weiter theilbar, aber dabey immer noch körperlich seyn soll; zum Unterschiede von der Monade, welche als unkörperlich angenommen wird." In: Adelung, Grammatisch-kritisches Wörterbuch der Hochdeutschen Mundart, Band 1. Leipzig 1793, S. 459. Online: http://www.zeno.org/nid/20000032123
- [4] Auch 1809 galt das Atom weiterhin als pure Annahme: "Der Atom, a. d. Gr. ein Körper, der so klein ist, das er sich nicht mehr durch die menschlichen Sinnwerkzeuge erkennen läßt. Verschiedene von den alten Philosophen, z. B. Epikur, haben behauptet, daß diese Atomen von verschiedener Natur und verschiedenen Eigenschaften wären, daß sie den ganzen Raum des Weltalls angefüllt und nach und nach sich an einander angehängt und sich mit einander verbunden hätten, wodurch das Weltgebäude und alle Körper in demselben entstanden wären." In: Brockhaus Conversations-Lexikon Bd. 1. Amsterdam 1809, S. 96. Online: http://www.zeno.org/nid/20000741914
- [5] Bis zum Jahr 1904 war der Begriff des Atoms vor allem durch die messende Chemie erheblich eingeengt worden: "Atom, von ἄτoμoν, unteilbar, bezeichnete im Sinne der altgriechischen Philosophen die kleinsten Teilchen der Materie. In den Händen der Chemiker hat sich der Begriff des Atoms dahin umgestaltet, daß es, für jedes chemische Individuum verschieden, diejenige kleinste Menge darstellt, die nicht weiter teilbar ist, ohne ihre chemischen Eigenschaften zu verändern. In dieser Bedeutung, die seitdem auf die »Molekel« übergegangen ist, wird Atom neben seiner heutigen bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts von den Chemikern gebraucht. Die Avogadrosche Theorie (s. Gase) jedoch, nach welcher alle Gase gleichviel Atome (im Sinne der letzten Definition) unter gleichen physikalischen Bedingungen im gleichen Räume enthalten, ergab als notwendige Konsequenz die Existenz von Teilen dieser Atome. Es enthalte 1 l Gas n Atome, z.B. Wasserstoff; 1 l Wasserstoff verbindet sich mit 1 l Chlor zu 2 l Salzsäuregas; in letzteren 2 l sind nun 2 n Atome Salzsäuregas, von denen jedes ein Wasserstoffteilchen enthält, es haben sich also aus den ursprünglichen n Atomen 2 n Teilchen gebildet. Man hat nun diesen Teilatomen, den kleinsten Mengen eines chemischen Elements, die in einer Molekel vorkommen, den Namen der Atome beigelegt und den früheren Begriff des Atoms in Molekel verändert." In: Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 1 Stuttgart, Leipzig 1904., S. 340. Online: http://www.zeno.org/nid/20005959837
- [6] Sehr modern klingt eine Einschätzung aus dem Jahr 1907, derzufolge Atome als körperliche Objekte nur schwer denkbar seien: "Da aber die Teilung eines Körpers in kleinere Teile geometrisch ins Unendliche fortgesetzt werden kann, können die Atome nicht als wirkliche Grundbestandteile der realen Welt angesehen werden, sondern nur als Hilfsbegriffe der Forschung, als Denkmittel. Daher haben auch andere Philosophen die Atome verworfen und statt ihrer entweder geistige Einheiten oder kleinste Substanzteilchen oder Kraftzentren angenommen. So Giordano Bruno (1548 bis 1600), Leibniz (1646-1716), Herbart (1776-1841) und Lotze (1817-1881)". In: Kirchner, Friedrich / Michaëlis, Carl: Wörterbuch der Philosophischen Grundbegriffe. Leipzig 51907, S. 71-73. Online: http://www.zeno.org/nid/20003578437
- [7] Sehr kritisch sieht ein Lexikon aus dem Jahr 1923 die Verwendung des Wortes Atom durch moderne Physiker und Chemiker. In einem aufwändigen historischen Rückblick bis in die Antike wird dargelegt, dass der antike Atombegriff ein weder im Geiste noch in der Wirklichkeit Teilbares Ding meinte, die im 20ten Jahrhundert aber mit Atom bezeichneten Dingen dieser griechischen Vorstellung in keiner Weise entsprachen. In: Mauthner, Fritz: Wörterbuch der Philosophie. Leipzig 1923, Band 1, S. 95-106. Online: http://www.zeno.org/nid/20006180027
- [8] Albert Einstein, B. Podolsky, N. Rosen: Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?, Phys. Rev. 47 (1935), S. 777–780 doi:10.1103/PhysRev.47.777. Siehe auch Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon ↗
- [9] Isaac Newton (1642 bis 1727) sah kleine harte, undurchdringbare und unteilbare Körper (simple Particles), die er aber unbenannt ließ, als Grundbausteine jeglicher Materie und auch des Lichts an: "All Bodies seem to be composed of hard Particles: For otherwise Fluids would not congeal; as Water, Oils, Vinegar, and Spirit or Oil of Vitriol do by freezing; Mercury by Fumes of Lead; Spirit of Nitre and Mercury, by dissolving the Mercury and evaporating the Flegm; Spirit of Wine and Spirit of Urine, by deflegming and mixing them; and Spirit of Urine and Spirit of Salt, by subliming them together to make Sal-armoniac. Even the Rays of Light seem to be hard Bodies; for otherwise they would not retain different Properties in their different Sides. And therefore Hardness may be reckon'd the Property of all uncompounded Matter. At least, this seems to be as evident as the universal Impenetrability of Matter. For all Bodies, so far as Experience reaches, are either hard, or may be harden'd; and we have no other Evidence of universal Impenetrability, besides a large Experience without an experimental Exception. Now if compound Bodies are so very hard as we find some of them to be, and yet are very porous, and consist of Parts which are only laid together; the simple Particles which are void of Pores, and were never yet divided, must be much harder. For such hard Particles being heaped up together, can scarce touch one another in more than a few Points, and therefore must be separable by much less Force than is requisite to break a solid Particle, whose Parts touch in all the Space between them, without any Pores or Interstices to weaken their Cohesion. And how such very hard Particles which are only laid together and touch only in a few Points, can stick together, and that so firmly as they do, without the assistance of something which causes them to be attracted or press'd towards one another, is very difficult to conceive." In: Isaac Newton: OPTICKS: OR, A TREATISE OF THE Reflections, Refractions, Inflections and colours OF LIGHT. The FOURTH EDITION, corrected. By Sir ISAAC NEWTON, Knt. LONDON: Printed for WILLIAM INNYS at the West-End of St. Paul's. MDCCXXX (1730). Dort die Seiten 389 und 390.
- [10] Newton sah die Atome als gottgemacht: "All these things being consider'd, it seems probable to me, that God in the Beginning form'd Matter in solid, massy, hard, impenetrable, moveable Particles, of such Sizes and Figures, and with such other Properties, and in such Proportion to Space, as most conduced to the End for which he form'd them; and that these primitive Particles being Solids, are incomparably harder than any porous Bodies compounded of them; even so very hard, as never to wear or break in pieces; no ordinary Power being able to divide what God himself made one in the first Creation. While the Particles continue entire, they may compose Bodies of one and the same Nature and Texture in all Ages: But should they wear away, or break in pieces, the Nature of Things depending on them, would be changed. Water and Earth, composed of old worn Particles and Fragments of Particles, would not be of the same Nature and Texture now, with Water and Earth composed of entire Particles in the Beginning. And therefore, that Nature may be lasting, the Changes of corporeal Things are to be placed only in the various Separations and new Associations and Motions of these permanent Particles; compound Bodies being apt to break, not in the midst of solid Particles, but where those Particles are laid together, and only touch in a few Points." In: Isaac Newton: OPTICKS: OR, A TREATISE OF THE Reflections, Refractions, Inflections and colours OF LIGHT. The FOURTH EDITION, corrected. By Sir ISAAC NEWTON, Knt. LONDON: Printed for WILLIAM INNYS at the West-End of St. Paul's. MDCCXXX (1730). Dort die Seite 400.
