Autor

Toni Fröhlich
Toni Fröhlich

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen

Toni Fröhlich (29) studierte Physik mit den Schwerpunkten Photonik, Neue Materialien und Computational Physics an der Technischen Universität Ilmenau. In dieser Zeit forschte er am Weizmann-Institut in Rehovot (Israel) und an der Universität in Szeged (Ungarn). Seit Februar 2006 promoviert er am MPI für Dynamik und Selbstorganisation im Bereich Nanobiokomplexität.

Frage:

Wie werden Atome zusammengehalten?

Antwort:

Chemische Verbindungen bestehen aus zwei oder mehr Atomen. Jedes Atom besitzt einen Atomkern und eine Atomhülle. Die positiv geladenen Protonen befinden sich im Kern, wohingegen die gleiche Anzahl an Elektronen sich innerhalb der Hülle verteilen. Wie manch einer noch aus der Schulzeit weiß, ist ein Atom bestrebt, durch die Verbindung mit einem weiteren Atom eine Edelgaskonfiguration zu erreichen. Jeweils ein einzelnes Elektron aus der äußeren Atomhülle, auch Valenzelektron genannt, bildet mit dem des Nachbaratoms ein gemeinsames Elektronenpaar aus. Insgesamt müssen 8 Valenzelektronen, eingeschlossen den bindenden Elektronenpaaren, einem Atom zugeordnet werden.

Seit dem letzten Jahrhundert ist die Theorie der Quantenmechanik bekannt. Sie ist zwar für den gesunden Menschenverstand eine harte Nuss, aber ohne sie gäbe es heute keinen Computer. Zu jedem Atom gehören Bereiche, in denen sich die Elektronen sehr wahrscheinlich aufhalten. Diese Bereiche, auch Orbitale genannt, können ganz einfach kugelförmig oder aber auch wesentlich komplizierter, wie z.B. ähnlich einer Rosette, sein. In jedem Orbital befinden sich bis zu 2 Elektronen. Wenn sich 2 Atome annähern, können sich zwei ihrer Orbitale, von je einem Atom also, gegenseitig überlappen. Angenommen, diese beiden Atomorbitale enthalten je 1 Elektron. Zusammengenommen würde das neu entstandene Molekülorbital mit einem gemeinsamen Paar an Elektronen vollständig besetzt sein. Das ist für die Atome energetisch günstiger, als wenn sie alleine bleiben.

Somit werden Atome durch die Überlappung ihrer Orbitale und die damit verbundene Elektronenpaarbildung zusammengehalten.

 
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