Atomphysik Kapitel 1+2

Kapitel 1:
Atomphysik

Gibt es kleinste Teilchen, die sich nicht mehr
zerteilen lassen?

Demokrit (450 v.Chr) behauptete, dass man
irgendwann zu Teilchen kommt, die man
nicht mehr zerteilen kann, diese nannte er
„atomos“ (= Das Unzerteilbare).

Erst zu Beginn des 20 Jh. konnte man das
Atom genauer erforschen.

1. Aufbau der Materie

Ernest Rutherford erkannte 1909, dass
Atome aus einem Kern und einer Hülle
bestehen. Die gesamte Masse befindet sich
im Kern.

Die Hülle und der Kern werden durch eine
Kraft ”elektrische Kraft”
zusammengehalten.

Der Kern ist positiv geladen, die Hülle
negativ. Die Hülle besteht aus negative
geladenen Teilchen, den Elektronen.

1913 fand der dänische Physiker Niels
Bohr heraus, dass die Elektronen in
bestimmten Abständen um den Kern
kreisen, so wie die Planeten um die Sonne.

Der positive geladene Atomkern wird auf
festen Bahnen von negative geladenen
Elektronen umgeben. Diese bilden die
Atomhülle.

Das Bohrsche Atommodell

Die Eigenschaften eines Stoffes hängen davon
ab, aus welchen Atomen er besteht.

Bsp: Wasserstoff und Helium

Wasserstoff hat in seiner Hülle 1 Elektron,
Helium 2 Elektronen.

Damit die Elektronen an den Kern gebunden
werden, muss auch die positive Ladung in
Helium doppelt so groß sein.

(1 Proton bei Wasserstoff, 2 bei Helium)

Wasserstoff

Helium

Der Kern besteht auch aus einzelnen
Teilchen: die positiv geladenen Protonen
und die ungeladenen Neutronen.

Je mehr Protonen im Kern, desto mehr
Elektronen in der Hülle.

Bsp: 2 Protonen und 2 Neutronen im Kern, 2
Elektronen in der Hülle.

Der Atomkern

Es gibt bei elektrischen Ladungen
anziehende und abstoßende Kräfte.

Die anziehenden Kräfte, die zwischen
positiven und negativen Ladungen wirken,
halten das Atom zusammen.

Zwischen zwei positiven Ladungen herrscht
eine abstoßende Kraft, die umso größer ist,
je näher die Ladungen beieinander sind.

Damit sich die Protonen im Kern nicht
voneinander entfernen, gibt es eine stark
anziehende Kernkraft. Diese wirkt auch in
den nicht geladenen Neutronen.

Die Neutronen tragen daher zum
Zusammenhalt des Atomkerns bei.
Die Neutronen wirken also wie Klebstoff, der
den Kern zusammenhält.

Zusammenfassung

Ein Atom besteht aus dem Atomkern und der Atomhülle.

Die Anzahl der positiv geladenen Protonen im Kern legt fest, wie viele
Elektronen in der Hülle vorhanden sind. Zusätzlich gibt es im Kern
Neutronen. Je mehr Protonen im Kern, desto mehr Neutronen sind
erforderlich, um die Abstoßung zwischen den Protonen zu verhindern.

Bsp: Wasserstoff hat nur ein einzelnes Proton.

Helium hat 2 Protonen und zusätzlich 2 Neutronen.

Multiple Select

Was gibt es für Teilchen im AtomKERN?

• Elektronen

• Neutronen

• Protonen

• Birnen

Open Ended

BONUSFRAGE

Wie viele Elektronen sind in der Hülle, wenn im Kern zwei Protonen und zwei Neutronen sind?

2. Vielfalt der Stoffe

12

Mg

88

Ra

99

Es

22

Ti

1

H

Alle Dinge, auch Lebewesen, bestehen aus etwa 30 unterschiedlichen
Grundbausteinen.

Diese Grundstoffe bezeichnen wir als Elemente.

Jedes Element besteht aus einer eigenen Atomsorte. Alle Atome eines Elements
haben dieselbe Anzahl von Protonen im Kern und von Elektronen in der Hülle.

104

Rf

88

Ra

90

Th

22

Ti

4

Be

72

Hl

85

At

Die Elektronenhülle eines Atoms ist aus Schalen aufgebaut.
Jede Schale hat Platz für eine gewisse Anzahl an Elektronen.

1.Schale à 2 Elektronen

2.Schale à bis zu 8 Elektronen

3.Schale à bis zu 18 Elektronen

Die Eigenschaften der Elemente hängen vom Aufbau der Atome und ihrer
Elektronenhülle ab.

Bei chemischen Reaktionen spielen ausschließlich die Elektronen der
äußeren Schale eine Rolle. Diese nennt man Valenzelektronen.

56

Ba

84

Po

100

Fm

40

Zr

3

Li

Bsp: Element Sauerstoff
1.Schale: 2 Elektronen

2.Schale: 6 Elektronen

Warum sind Edelgase so edel?

Edelgasse sind Elemente, die bei Raumtemperatur gasförmig sind und
kaum mit anderen Elementen reagieren.

Denn ihre äußerste Elektronenschale ist vollständig mit Elektronen gefüllt.
Deshalb stehen keine Valenzelektronen für chemische Reaktionen zur
Verfügung.

Zu den Edelgasen zählen: Helium, Neon, Argon und Xenon.

100

Fm

72

Hl

84

Po

40

Zr

Ordnung der Elemente

Jedes zusätzliche Proton ermöglicht ein weiteres Elektron. Damit entsteht ein
neues Element.

Die Anzahl der Protonen im Kern nennt man Kernladungszahl. Da man die
Elemente anhand der Protonen ordnen kann, nennt man es auch
Ordnungszahl.

Für jedes Element gibt es ein Abkürzungszeichen (Symbol). Diese sind
international gültig.

Insgesamt kennt man 118 Elemente.

104

Rf

88

Ra

90

Th

22

Ti

4

Be

72

Hl

85

At

Je größer der Atomkern, desto größer die abstoßenden Kräfte in seinem Inneren.
Viele große Atomkerne sind nicht stabil und zerfallen nach einiger Zeit wieder.
Das Zerfallen bezeichnet man als Radioaktivität.

Das schwerste stabile Element ist Blei (Ordnungszahl 82).

Wichtig! Alle schwereren Elemente als Blei sind radioaktiv!

Einige kommen in der Natur vor, andere muss man künstlich
herstellen.

56

Ba

84

Po

100

Fm

40

Zr

3

Li

Das Periodensystem

1
H

2
He

3
Li

4
Be

5
B

6
C

7
N

8
O

9
F

10
Ne

11
Na

12
Mg

13
Al

14
Si

15
P

16
S

17
Ci

18
Ar

19
K

20
Ca

21
Sc

22
Ti

23
V

24
Cr

25
Mn

26
Fe

27
Co

28
Ni

29
Cu

30
Zn

31
Ga

32
Ge

33
As

34
Se

35
Br

36
Kr

37
Rb

38
Sr

39
Y

40
Zr

41
Nb

42
Mo

43
Tc

44
Ru

45
Rh

46
Pd

47
Ag

48
Cd

49
In

50
Sn

51 Sb52

Te

53
I

54
Xe

55
Cs

56
Ba

71
Lu

72
Hf

73
Ta

74
W

75
Re

76
Os

77
Ir

78
Pt

79
Au

80
Hg

81
Ti

82
Pb

83
Bi

84
Po

85 At86

Rn

87
Fr

88
Ra

103
Lr

104
Rf

105
Db

106
Sg

107
Bh

108
Hs

109
Mt

110
Ds

111
Rg

112
Cn

113
Nh

114
Fi

115
Mc

116
Lv

117
Ts

118
Og

57
La

58
Ce

59
Pr

60
Nd

61
Pm

62
Sm

63
Eu

64
Gd

65
Tb

66
Dy

67
Ho

68
Er

69
Tm

70
Yb

89
Ac

90
Th

91
Pa

92
U

93
Np

94
Pu

95
Am

96
Cm

97
Bk

98
Cf

99
Es

100
Fm

101
Md

102
No

Perioden

Gruppen

Haupt
gruppen

Haupt
gruppen

Nebengruppen

Das Periodensystem

In den Zeilen des Periodensystems haben alle Elemente gleich viele
Elektronenschalen.

Die Spalten sind die Gruppen. In ihnen stehen Elemente untereinander, die dieselbe
Anzahl von Elektronen in der äußersten Schale haben. Deshalb haben sie auch
ähnliche Eigenschaften.

Die Gruppen, bei denen bereits in der 2. Periode (Zeile) bereits Elemente vorkommen,
nennt man Hauptgruppen, die übrigen sind Nebengruppen.

100

Fm

72

Hl

84

Po

40

Zr

Metalle und Nichtmetalle

Metalle

Nichtmetalle

3

Li

23

V

6

C

17

Ci

Die meisten Elemente sind Metalle.

Im rechten oberen Bereich sind einige Nichtmetalle.

Typische Eigenschaften für Metalle:

•Metallischer Glanz

•Verformbarkeit

•Wärmeleitfähigkeit

•Elektrische Leitfähigkeit

Zu den Nichtmetallen zählen die Edelgase, die meisten Elemente der 7.
Hauptgruppe (= Halogene), sowie Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff,

Sauerstoff, Phosphor und Schwefel.

Bei Nichtmetallen gibt es keine gemeinsamen Eigenschaften.

Halbmetalle

Einige Elemente sehen aus wie Metalle, haben aber nicht die typischen
Eigenschaften von Metallen. Vor allem die elektrische Leitfähigkeit ist
bei ihnen nicht gegeben.

Diese nennt man dann Halbmetalle.

Darunter zählen:
•Bor

•Silizium

•Germanium

•Arsen

51

Sb

5

B

Halbmetalle

•Selen

•Antimon

•Tellur

•Polonium

•Astat

Multiple Choice

Von was hängen die Eigenschaften der Elemente ab?

• Vom Aufbau der Atome

• Vom Wetter

• Von den Elektronen

Multiple Choice

Was macht Atome zu Edelgasen?

• ihre innerste Schale ist vollständig gefüllt

• die Atome sind sehr edel

• ihre äußerste Schale ist vollständig gefüllt

• sie haben die meisten Neutronen im Kern

Multiple Select

Sind große Atomkerne stabil und nicht radioaktiv ODER nicht stabil und radioaktiv?

• stabil

• nicht radioaktiv

• nicht stabil

• radioaktiv

Multiple Choice

Wo im Periodensystem haben die Atome gleich viele Schalen?

• in den Zeilen

• in den Spalten

Multiple Choice

Wo im Periodensystem haben die Atome gleich viele Valenzelektronen (= Elektronen in der äußersten Schale)?

• in den Zeilen

• in den Spalten

Multiple Select

Was sind typische Eigenschaften der Metalle?

• metallischer Glanz

• Verformbarkeit

• Wärmeleitfähigkeit

• Elektrische Leitfähigkeit

Multiple Choice

Haben Nichtmetalle gemeinsame Eigenschaften?

• Ja

• Nein

Open Ended

BONUSFRAGE

Wie viele Elemente gibt es?