Wir selbst, unsere ganze Welt, einfach ausnahmslos alles ist aus Atomen aufgebaut. Wie viele verschiedene Atome muss es denn geben, dass sich uns ein derartig vielfältiges Erleben darbietet?
118! Es gibt nach heutiger Erkenntnis tatsächlich nur 118 verschiedene Atome. Einige davon sind zudem völlig uninteressant für die Gestaltung unserer alltäglichen Gegenwart, da einige gar nicht wirklich existieren, sondern nur künstlich erzeugt werden können. Andere haben einfach einen marginalen Anteil an der Materiebildung.
Um mich nicht zu weit aus dem Fenster zu lehnen, würde ich die relevante Anzahl an alltagsbildenden Atomen großzügig auf 45 einschränken. Ein ziemlich imposanter Fakt, wenn man sich bewusst macht, dass die gesamte Vielfalt der Welt (selbst Gerüche) aus Kombinationen dieser lediglich 45 Atome bestehen.
Aber was sind denn nun diese Atome eigentlich?
Atome können durch unterschiedliche Modellvorstellungen beschrieben werden. Dem Kern-Hülle-Modell (nach E. Rutherford) folgend, gibt es einen Atomkern und eine Atomhülle. Der Kern enthält Protonen und Neutronen und in der Hülle halten sich Elektronen auf. Das Verhältnis von Kern zu Hülle ist annähernd vergleichbar mit einem Stecknadelkopf in der Mitte einer 1 ha großen quadratischen Fläche (10.000 qm). Da Atome den dreidimensionalen Raum einnehmen, stellt die Kantenlänge dieser Fläche (100 m) – großzügig kalkuliert – den Durchmesser einer gleichförmigen Kugel dar, deren Zentrum dieser Stecknadelkopf ist. So entsteht eine greifbare Vorstellung der relativen Größenverhältnisse, die in einem Atom auf unvorstellbar kleinem Raum herrschen.
Um im Rahmen dieses Größenverhältnisses konkreter zu werden: Das Kohlenstoffatom stellt eines der bedeutendsten Atome unserer Umwelt dar. In der Kugelform dieses Kohlenstoffatoms mit einem sich ergebenden Volumen von ungefähr 525.000 cbm, dessen Kern ein Stecknadelkopf im Zentrum ist, schwirren sechs Elektronen herum, die ihrerseits ebenfalls Stecknadelkopfgröße aufweisen. Und das war’s… das ist ein Atom.
Hinzu kommt, dass Elektronen, Protonen und Neutronen keine festen Gebilde sind, es sind nebulöse elektrische Ladungen im Raum, deren Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Raum durch mathematische Wellenfunktionen beschrieben wird (Schrödinger-Gleichung). Im Prinzip ist ein Atom also ein Nichts, außer wenige, sich in riesigen Abständen zueinander aufhaltende elektrisch geladene Nebelschwaden.
Betrachtet man die uns umgebende Luft, ist das auf den ersten Blick nicht allzu schwer nachzuvollziehen, da sie für uns auch nicht sichtbar ist. Dennoch ist absolut bemerkenswert, dass die Luftsäule, die über einem Menschen bis zur Stratosphäre steht, mit einem Gewicht von ungefähr 10 Tonnen auf ihn wirkt! Das Nichts hat also eine Masse!
Weiterhin ist auch erstaunlich, dass die zwei größten Vertreter der Luftzusammensetzung (Stickstoff und Sauerstoff) sich nur durch ein Proton, ein Neutron und ein Elektron unterscheiden. Allein aus dieser Tatsache resultiert die Gratwanderung zwischen Ersticken und Überleben.
Noch eindrucksvoller wird es, wenn feste Gegenstände in Betracht gezogen werden.
Wieso können wir eine Tasse auf einen Tisch stellen? Sie müsste doch eigentlich hindurch fallen, da der Tisch aus Atomen besteht und Atome ein Nichts sind. Der Grund sind die sog. Coulomb-Kräfte, eine Fundamentalkraft der Physik. Dies sind minimale Anziehungskräfte zwischen den Ladungen der unzähligen Atome, die aber in ihrer Summe so stark sind, dass sich (in diesem Beispiel) der Feststoff des Tisches ergibt. Diese minimalen Kräfte ermöglichen es in ihrer Summe natürlich auch, dass die Erde existiert, sie Megatonnen an Gewicht trägt und nicht einfach alles ins Weltall fällt.
Sehr beeindruckend, wenn man direkt vergleicht: das Kohlenstoffatom enthält sechs Protonen und sechs Neutronen im Kern, sowie sechs Elektronen in der Hülle und bildet in der Reinform Kohle (unter bestimmten Bedingungen sogar Diamant!). Das Stickstoffatom umfasst sieben Protonen und sieben Neutronen im Kern, sowie sieben Elektronen in der Hülle. Das ist der einzige Unterschied zwischen den beiden. Und doch wird aus dem Stickstoffatom niemals ein Diamant werden. Im Gegenteil: Es bildet Gasmoleküle!
Atome… Vielfalt aus Nichts…