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Atome und Moleküle: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Datei:Graphite ambient STM.jpg|mini|Ein Bild mit Kohlenstoffatomen, das mit einem Rastertunnelmikroskop erzeugt wurde.]]
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Alles um uns herum ist aus Atomen aufgebaut. [[Pflanze]]n, [[Tier]]e, [[Mensch]]en, [[Erde]], [[Luft]], die [[Sonne]] und was es sonst noch alles gibt. Die Atome sind aber so klein, dass man sie weder mit den [[Auge|Augen]] noch mit den stärksten [[Mikroskop]]en genau betrachten kann. Nur ganz moderne Spezialmikroskope können Atome als unscharfe Kügelchen zeigen.
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Alles um uns herum ist aus Atomen oder Molekülen aufgebaut. [[Pflanze]]n, [[Tier]]e, [[Mensch]]en, [[Erde]], [[Luft]], die [[Sonne]] und was es sonst noch alles gibt. Die Atome und Moleküle sind aber so klein, dass man sie weder mit den [[Auge|Augen]] noch mit den stärksten [[Mikroskop]]en genau betrachten kann.  
  
Der Name „Atom“ kommt von dem griechischen [[Wort]] „atomos“, was „das Unzerschneidbare“ oder „das Unteilbare“ bedeutet. Ausgedacht haben sich das die griechischen [[Philosophie|Philosophen]] Leukipp und Demokrit. Sie haben vor etwa 2500 Jahren die [[Natur]] beobachtet und versucht zu erklären, was sie sahen. Eine gute Vorstellung von Atomen hat man aber erst etwa seit dem Jahr 1900.
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Atome bestehen aus einem Kern und einer kugelrunden Schale. Die Schale entspricht bei einem Fußball dem [[Leder]], der Außenhaut. Anstelle von Luft hat es im Innern nichts, außer einem winzigen Kern in der Mitte. Aus Atomen besteht beispielsweise [[Eisen]], [[Kupfer]] oder [[Gold]]. Auch Helium besteht ausschließlich aus Atomen. Man braucht es als Gas für [[Ballon]]s. Insgesamt gibt es 118 verschiedene Atome
  
== Wie sehen Atome aus? ==
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Moleküle haben mehrere Kerne und eine Hülle um alles herum. Ein einfaches Molekül ist [[Wasser]]. Es gibt sehr viele verschiedene davon in der Natur. Der Mensch kann sie auch selber verändern, zum Beispiel wenn er etwas verbrennt oder [[Medikament]]e herstellt.
Atome sind viel kleiner als man es sich vorstellen kann. Darum kann man sie auch nicht sehen. Es gibt kein [[Mikroskop]], mit dem man ein einzelnes Atom betrachten könnte. Ein Rastertunnelmikroskop hat eine Art elektronischen Finger: Damit kann es die Oberfläche eines Gegenstandes abtasten und der [[Computer]] erzeugt daraus ein Bild.
 
  
Am Beispiel der Luft kann man sich gut vorstellen, dass man Atome nicht sehen kann: Die Luft enthält auch Atome, die schwirren aber alle getrennt herum. Erst wenn viele Atome zusammen vorliegen, kann man sie sehen. Um die Dicke eines Fingernagels zu bauen, müsste man ungefähr zehn [[Million]]en Atome nebeneinander legen, also zehn mal 1000 mal 1000 Stück.
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Der Name „Atom“ kommt von dem [[Griechische Sprache|griechischen]] [[Wort]] „atomos“, das bedeutet: „das Unzerschneidbare“ oder „das Unteilbare“. Ausgedacht haben sich das einige [[Altes Griechenland|griechischen]] [[Philosophie|Philosophen]]. Sie beobachteten vor etwa 2500 Jahren die [[Natur]] und versuchten zu erklären, was sie sahen. Eine gute Vorstellung von Atomen und Molekülen hat man aber erst etwa seit dem Jahr 1900. Heute wissen wir, dass Atome eben doch teilbar sind.
  
== Sind Atome wirklich unteilbar? ==
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== Was sind Atome? ==
[[Datei:3D anamation of the Rutherford atom.ogv|mini|Animation zum sogenannten Kern-Hülle-Modell eines Atoms.]]
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[[Datei:CERN CMS vacuum tank.jpg|mini|Eines der Messgeräte im CERN, das ist ein Forschungsinstitut in [[Genf]]. Das Gerät ist über 20 m hoch ist. Damit will man Atome untersuchen und noch kleinere Teilchen entdecken.]]
Der Name „Atomos“ (unteilbar) war eine Vermutung. Man hatte vor 2500 Jahren noch keine Geräte, um etwas anderes nachzuweisen. Atome waren eine reine Vorstellung, aber eine sehr wertvolle Vorstellung. Denn mit ihnen konnte man vieles erklären, was man in der Natur beobachtete. <!-- welche zum beispiel? mir fällt gerade nichts griffiges ein. -->
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Unter ganz modernen Spezialmikroskopen kann man Atome erkennen. Sie erscheinen dann als unscharfe Kügelchen. Man sieht jedoch nur die Oberfläche. Aber das ist eine Täuschung. Es gibt nur winzige Teilchen, die heißen „Elektronen“. Die sausen so schnell um den Kern herum, dass man bloß meint, sie seien gleichzeitig überall. Sie sind es übrigens auch, die den [[Elektrizität|elektrischen]] [[Strom]] bilden. Dazu müssen sie sich allerdings herauslösen.
  
Erst viel, viel später, 1897, stellte der britische [[Physik]]er Joseph John Thomson fest, dass es noch kleinere Teilchen gibt, zum Beispiel die Elektronen. Jedes Atom enthält Elektronen. Ohne Elektronen gäbe es keinen [[Elektrizität|elektrischen]] Strom.
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Im Atomkern befinden sich zwei Arten von Teilchen: Protonen und Neutronen. Die Protonen sind positiv elektrisch geladen. Sie halten dadurch die Elektronen wie an einem unsichtbaren Faden fest. Die Elektronen sind nämlich negativ geladen.
  
[[Datei:CERN CMS vacuum tank.jpg|mini|Eines der Messgeräte im CERN, das über 20 m hoch ist. Beachte die Größe der Menschen davor. Damit will man noch kleinere Teilchen entdecken.]]
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Atome unterscheiden sich durch die Größe des Kerns. Sie haben also mehr oder weniger Protonen und Neutronen. Das kleinste von ihnen ist der Wasserstoff. Das ist ein Gas, und nicht zu verwechseln mit Wasser. Der Wasserstoff belegt den ersten Platz im [[Periodensystem]]. Das ist eine Tabelle, die alle Atome der Größe nach ordnet und mit dem kleinsten beginnt.  
Später entdeckte man noch Protonen und Neutronen als Atombestandteile, die etwas größer als Elektronen sind. Inzwischen geht man von einem Aufbau wie in dem kurzen [[Film]] rechts dargestellt aus. In der Mitte des Atoms gibt es einen festen Kern, der Protonen und Neutronen enthält. Die sogenannte Atomhülle entsteht dadurch, dass die Elektronen um den Kern herumschwirren wie Planeten um die Sonne.
 
  
Inzwischen hat man noch viel mehr, noch kleinere, Teilchen gefunden. Dabei ist aber ein riesiger Aufwand notwendig. In der [[Schweiz]] gibt es die Forschungsgemeinschaft CERN. Sie haben einen unterirdischen Tunnel, der etwa 27 km lang ist. Dort wird nach noch kleineren Teilchen gesucht, aber man benötigt dafür riesige Messgeräte. Die Quarks sind solche Teilchen, die kleiner als Elektronen und Protonen sind.
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Die [[Physik]]er sehen das Ganze allerdings viel komplizierter. Es gibt noch andere Teile in den Atomen. Aber um das wirklich gut zu verstehen, muss man mindestens ins [[Gymnasium]] oder sogar auf die [[Universität]] gehen.
  
== Wie viele Atome gibt es? ==
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==Was sind Moleküle?==
Die Gesamtanzahl kann man nicht zählen. Dazu sind sie viel zu klein, und man kommt nicht überall hin, wo Atome sind. Denn auch die fernen [[Stern|Sterne]] bestehen aus Atomen. [[Physik]]er haben aber versucht die [[Zahl]] ungefähr zu berechnen. Sie schätzen, dass es im [[Weltall]] 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 Atome gibt.
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[[Datei:H2O_(water_molecule)_white.png|mini|So sieht ein Wassermolekül im Modell aus. Rot in der Mitte ist der Sauerstoff, grau außendran die beiden Wasserstoff-Teilchen.]]
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In einem Molekül haben sich verschiedene Atome zusammengeschlossen. Am besten kennen wir das Wasser. Das ist ein sehr einfaches Molekül. Es besteht aus je zwei Wasserstoffatomen, die sich mit einem Sauerstoffatom verbunden haben. Der [[Chemie|Chemiker]] schreibt es so: H<sub>2</sub>O. H<sub>2</sub> bedeutet: vom Wasserstoff gibt es zwei. O steht für Sauerstoff, und zwar nur für ein Atom. Ausgesprochen wird es so: Hah-zwei-Oh.
  
Überschaubarer ist dagegen die Anzahl der verschiedenen Arten von Atomen. Momentan sind 118 verschiedene Atomsorten bekannt. Es gibt einige Stoffe, die nur aus einer Sorte von Atomen bestehen. Das sind die sogenannten [[Element]]e. Es gibt mindestens 118 Elemente. Einige sind sehr bekannt: [[Eisen]] ist ein wichtiger Werkstoff, den man für Maschinen, [[Auto]]s und vieles mehr verwendet. [[Sauerstoff]] ist der wichtige Bestandteil der Luft, den wir zum Atmen brauchen. Stickstoff macht einen großen Anteil der Luft aus. [[Wasserstoff]] enthält die leichtesten Atome. Man nutzt Wasserstoff als Energiespeicher, weil er gut brennbar ist.
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Moleküle kann man ganz einfach selbst herstellen oder verändern. Man muss nur ein Stück [[Holz]], [[Papier]] oder sonst etwas anzünden. Dann verbinden sich die Atome oder Moleküle zusätzlich mit Sauerstoff. Zum Großteil entsteht daraus das [[Gas]] Kohlendioxid. Wir können auch einfach [[Atmung|atmen]], dann blasen wir Kohlendioxid heraus, welches unser Körper selber gemacht hat.
  
Auf der Erde übrigens sind die Sauerstoffatome am häufigsten, danach die Atome des Metalls Silizium. Sie sind zum Beispiel im [[Gestein]] enthalten. Im ganzen Weltall überwiegen die Wasserstoffatome.
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Der Mensch kann Moleküle auch gezielt herstellen. Es gibt große Betriebe, die das erforschen. Sie suchen nach neuen Materialien oder Medikamenten. Dazu verändern sie Moleküle oder bauen neue zusammen.
  
== Was bedeutet die Formel H<sub>2</sub>O? ==
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==Besteht die Welt ausschließlich aus Atomen und Molekülen?==
Alles um uns herum ist aus Atomen aufgebaut. Elemente wie [[Eisen]] oder Gold enthalten nur eine Sorte von Atomen. Die meisten Stoffe enthalten aber verschiedene Atome.
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Diese Frage muss man mit Ja und Nein beantworten. Erstens gibt es da eben noch die kleineren Teile. Aber auch Elektronen, die sich als elektrischer Strom durch eine Leitung bewegen, sind weder Atom noch Molekül. Auch [[Licht]] ist weder das eine noch das andere, sondern etwas ganz anderes.
  
Da gibt es die Gemische, wie die Luft. Sie enthält zum Beispiel Luft Atome der Elemente Sauerstoff, Stickstoff. Auch Bronze ist ein Gemisch, das [[Kupfer]]- und Zink-Atome enthält.
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Vieles besteht aber auch aus einem Gemisch. [[Bronze]] zum Beispiel besteht aus [[Kupfer]] und Zinn. Diese Atome liegen in der Bronze nebeneinander. Sie sind nicht als Moleküle miteinander verbunden. Bronze ist also ein Gemisch von Atomen.
[[Datei:H2O_(water_molecule)_white.png|mini|Modelldarstellung von einem Wassermolekül H<sub>2</sub>O]]
 
  
Bei anderen Stoffen haben sich verschiedene Atomsorten fest miteinander verbunden und man hat viele kleine, immer gleiche Atompäckchen. Das sind die Moleküle. Bekannte Stoffe, die Moleküle enthalten, sind zum Beispiel das Wasser und [[Zucker]]. Man nennt solche Stoffe auch Verbindungen.
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Auch die Luft ist ein Gemisch, und zwar aus verschiedenen Molekülen. [[Sauerstoff]] und Stickstoff gehören dazu. Je nach dem ist mehr oder weniger Kohlendioxid drin und noch viele andere Gase. Auch winzige Wassertröpfchen gehören dazu.  
  
H<sub>2</sub>O ist eine spezielle Schreibweise der Chemiker für ein Wassermolekül. Man liest es „Hah-zwei-Oh“. Damit wird angegeben, dass das Wassermolekül aus zwei Atomen Wasserstoff H und einem Sauerstoffatom O zusammengesetzt ist. Diese [[Buchstabe]]n sind die Atomsymbole und jedes Element hat sein eigenes Symbol. Chemiker müssen alle diese Symbole auswendig kennen, damit sie wissen, was mit C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub> gemeint ist. Das ist nämlich die Formel für Traubenzucker.
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Auch alle Pflanzen oder Tiere bestehen aus einem Gemisch, meist aus Molekülen. Das Geheimnis der Natur ist eben auch die geniale Anordnung der verschiedenen Atome und Moleküle, und wie sie zusammenarbeiten.
  
 
== Was ist Atomkraft? ==
 
== Was ist Atomkraft? ==
Eigentlich sind Atome sehr stabil und gehen nicht kaputt. Man hat aber inzwischen Atomsorten gefunden, die kaputt gehen können. Da Atome ja aus noch kleineren Teilchen bestehen, kann man das gut erklären. Der Grund ist, dass der Atomkern zu groß ist, um zusammenzuhalten. Das Atom oder genauer der Atomkern zerfällt und einige Bestandteile des Atoms fliegen weg. Das nennt man auch [[Radioaktivität]] oder radioaktive Strahlung. Diese ausgestoßenen Teilchen sind sehr schnell und das nutzt man aus, um daraus Energie zu gewinnen. Die Energie wird als Wärme in Wasser aufgefangen. Da dabei der Kern kaputt geht, sagt man neben Atomkraft auch Kernkraft.
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[[File:Kkw beznau.jpg|thumb|Das Atomkraftwerk Beznau in der [[Schweiz]] ist das älteste der Welt.]]
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Eigentlich sind Atome sehr stabil und gehen nicht kaputt. Man hat aber inzwischen Atomsorten gefunden, die kaputtgehen können. Da Atome ja aus noch kleineren Teilchen bestehen, kann man das gut erklären. Der Grund ist, dass der Atomkern zu groß ist, um zusammenzuhalten. Das Atom oder genauer der Atomkern zerfällt und einige Bestandteile des Atoms fliegen weg. Das nennt man auch [[Radioaktivität]] oder radioaktive Strahlung. Diese ausgestoßenen Teilchen sind sehr schnell und das nutzt man aus, um daraus [[Atomenergie|Energie]] zu gewinnen. Die Energie wird als Wärme in Wasser aufgefangen. Da dabei der Kern kaputt geht, sagt man neben Atomkraft auch Kernkraft.
  
 
Leider kann die Nutzung der Atomkraft gefährlich sein. Es gab schon einige Unfälle in Atomkraftwerken. Das letzte große Unglück geschah im Jahr 2011 im Atomkraftwerk von Fukushima auf [[Japan]].
 
Leider kann die Nutzung der Atomkraft gefährlich sein. Es gab schon einige Unfälle in Atomkraftwerken. Das letzte große Unglück geschah im Jahr 2011 im Atomkraftwerk von Fukushima auf [[Japan]].

Version vom 4. November 2017, 20:13 Uhr

Ein Bild mit Kohlenstoffatomen, das mit einem Rastertunnelmikroskop erzeugt wurde.

Alles um uns herum ist aus Atomen oder Molekülen aufgebaut. Pflanzen, Tiere, Menschen, Erde, Luft, die Sonne und was es sonst noch alles gibt. Die Atome und Moleküle sind aber so klein, dass man sie weder mit den Augen noch mit den stärksten Mikroskopen genau betrachten kann.

Atome bestehen aus einem Kern und einer kugelrunden Schale. Die Schale entspricht bei einem Fußball dem Leder, der Außenhaut. Anstelle von Luft hat es im Innern nichts, außer einem winzigen Kern in der Mitte. Aus Atomen besteht beispielsweise Eisen, Kupfer oder Gold. Auch Helium besteht ausschließlich aus Atomen. Man braucht es als Gas für Ballons. Insgesamt gibt es 118 verschiedene Atome

Moleküle haben mehrere Kerne und eine Hülle um alles herum. Ein einfaches Molekül ist Wasser. Es gibt sehr viele verschiedene davon in der Natur. Der Mensch kann sie auch selber verändern, zum Beispiel wenn er etwas verbrennt oder Medikamente herstellt.

Der Name „Atom“ kommt von dem griechischen Wort „atomos“, das bedeutet: „das Unzerschneidbare“ oder „das Unteilbare“. Ausgedacht haben sich das einige griechischen Philosophen. Sie beobachteten vor etwa 2500 Jahren die Natur und versuchten zu erklären, was sie sahen. Eine gute Vorstellung von Atomen und Molekülen hat man aber erst etwa seit dem Jahr 1900. Heute wissen wir, dass Atome eben doch teilbar sind.

Was sind Atome?

Eines der Messgeräte im CERN, das ist ein Forschungsinstitut in Genf. Das Gerät ist über 20 m hoch ist. Damit will man Atome untersuchen und noch kleinere Teilchen entdecken.

Unter ganz modernen Spezialmikroskopen kann man Atome erkennen. Sie erscheinen dann als unscharfe Kügelchen. Man sieht jedoch nur die Oberfläche. Aber das ist eine Täuschung. Es gibt nur winzige Teilchen, die heißen „Elektronen“. Die sausen so schnell um den Kern herum, dass man bloß meint, sie seien gleichzeitig überall. Sie sind es übrigens auch, die den elektrischen Strom bilden. Dazu müssen sie sich allerdings herauslösen.

Im Atomkern befinden sich zwei Arten von Teilchen: Protonen und Neutronen. Die Protonen sind positiv elektrisch geladen. Sie halten dadurch die Elektronen wie an einem unsichtbaren Faden fest. Die Elektronen sind nämlich negativ geladen.

Atome unterscheiden sich durch die Größe des Kerns. Sie haben also mehr oder weniger Protonen und Neutronen. Das kleinste von ihnen ist der Wasserstoff. Das ist ein Gas, und nicht zu verwechseln mit Wasser. Der Wasserstoff belegt den ersten Platz im Periodensystem. Das ist eine Tabelle, die alle Atome der Größe nach ordnet und mit dem kleinsten beginnt.

Die Physiker sehen das Ganze allerdings viel komplizierter. Es gibt noch andere Teile in den Atomen. Aber um das wirklich gut zu verstehen, muss man mindestens ins Gymnasium oder sogar auf die Universität gehen.

Was sind Moleküle?

So sieht ein Wassermolekül im Modell aus. Rot in der Mitte ist der Sauerstoff, grau außendran die beiden Wasserstoff-Teilchen.

In einem Molekül haben sich verschiedene Atome zusammengeschlossen. Am besten kennen wir das Wasser. Das ist ein sehr einfaches Molekül. Es besteht aus je zwei Wasserstoffatomen, die sich mit einem Sauerstoffatom verbunden haben. Der Chemiker schreibt es so: H2O. H2 bedeutet: vom Wasserstoff gibt es zwei. O steht für Sauerstoff, und zwar nur für ein Atom. Ausgesprochen wird es so: Hah-zwei-Oh.

Moleküle kann man ganz einfach selbst herstellen oder verändern. Man muss nur ein Stück Holz, Papier oder sonst etwas anzünden. Dann verbinden sich die Atome oder Moleküle zusätzlich mit Sauerstoff. Zum Großteil entsteht daraus das Gas Kohlendioxid. Wir können auch einfach atmen, dann blasen wir Kohlendioxid heraus, welches unser Körper selber gemacht hat.

Der Mensch kann Moleküle auch gezielt herstellen. Es gibt große Betriebe, die das erforschen. Sie suchen nach neuen Materialien oder Medikamenten. Dazu verändern sie Moleküle oder bauen neue zusammen.

Besteht die Welt ausschließlich aus Atomen und Molekülen?

Diese Frage muss man mit Ja und Nein beantworten. Erstens gibt es da eben noch die kleineren Teile. Aber auch Elektronen, die sich als elektrischer Strom durch eine Leitung bewegen, sind weder Atom noch Molekül. Auch Licht ist weder das eine noch das andere, sondern etwas ganz anderes.

Vieles besteht aber auch aus einem Gemisch. Bronze zum Beispiel besteht aus Kupfer und Zinn. Diese Atome liegen in der Bronze nebeneinander. Sie sind nicht als Moleküle miteinander verbunden. Bronze ist also ein Gemisch von Atomen.

Auch die Luft ist ein Gemisch, und zwar aus verschiedenen Molekülen. Sauerstoff und Stickstoff gehören dazu. Je nach dem ist mehr oder weniger Kohlendioxid drin und noch viele andere Gase. Auch winzige Wassertröpfchen gehören dazu.

Auch alle Pflanzen oder Tiere bestehen aus einem Gemisch, meist aus Molekülen. Das Geheimnis der Natur ist eben auch die geniale Anordnung der verschiedenen Atome und Moleküle, und wie sie zusammenarbeiten.

Was ist Atomkraft?

Das Atomkraftwerk Beznau in der Schweiz ist das älteste der Welt.

Eigentlich sind Atome sehr stabil und gehen nicht kaputt. Man hat aber inzwischen Atomsorten gefunden, die kaputtgehen können. Da Atome ja aus noch kleineren Teilchen bestehen, kann man das gut erklären. Der Grund ist, dass der Atomkern zu groß ist, um zusammenzuhalten. Das Atom oder genauer der Atomkern zerfällt und einige Bestandteile des Atoms fliegen weg. Das nennt man auch Radioaktivität oder radioaktive Strahlung. Diese ausgestoßenen Teilchen sind sehr schnell und das nutzt man aus, um daraus Energie zu gewinnen. Die Energie wird als Wärme in Wasser aufgefangen. Da dabei der Kern kaputt geht, sagt man neben Atomkraft auch Kernkraft.

Leider kann die Nutzung der Atomkraft gefährlich sein. Es gab schon einige Unfälle in Atomkraftwerken. Das letzte große Unglück geschah im Jahr 2011 im Atomkraftwerk von Fukushima auf Japan.

Der Grund für die Gefährlichkeit sind die radioaktiven Strahlen. Die schnellen Teilchen mit viel Energie können auch Körperzellen zerstören, was zu Krebs führen kann. Besonders schlimm ist es, wenn man radioaktive Atome in den Körper aufnimmt. Das kann nach einem Unfall in einem Atomkraftwerk passieren, da bei der Explosion viele Atome freigesetzt werden, die radioaktiv sind. Wenn diese radioaktiven Atome auf Gemüse oder Obst gelangen, kann es sein, dass man sie isst. Im Körper aufgenommen trifft einen die Strahlung direkt von innen heraus, was noch gefährlicher ist.

Viele Forscher sind übrigens am Anfang der Erforschung der Atome und der Radioaktivität an den Folgen einer radioaktiven Verstrahlung gestorben. Man wusste noch nicht, wie gefährlich sie ist und wie man sich davor schützen kann.

Was ist eine Atombombe?

Der Atompilz nach dem Abwurf der Atombombe über Nagasaki: Durch die heiße Explosion zieht Wasserdampf in die Höhe.

Atomkraftwerke sind nicht ganz ungefährlich. Allerdings möchte man dabei die Atomkraft friedlich nutzen, um Energie zu bekommen. Was als Unfall in einem Atomkraftwerk passieren kann, eine Explosion, ist manchmal gewollt: bei einer Atombombe. Sie soll besonders viel zerstören. Außerdem werden viele radioaktive Atome frei, wodurch Menschen krank werden. So sind Atombomben noch nach der Explosion sehr gefährlich.

Deshalb sind die meisten Länder der Meinung, dass man Atombomben nicht mehr bauen sollte. Es gibt aber immer noch viele Atombomben. Die größeren Länder behalten sie, weil sie sich verteidigen wollen, wenn andere Länder sie bedrohen. Bisher wurden erst zwei Atombomben im Krieg genutzt, und zwar 1945 von den USA gegen Japan.



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