Das Atom – Aufbau aus Elementarteilchen

Das Atom – Aufbau aus Elementarteilchen Übung

• Stelle den Aufbau eines Atoms dar.

  Tipps

  Im Atomkern befinden sich Neutronen und Protonen.

  Lösung

  Du hast bestimmt schon gehört, dass alles – jegliche Materie – aus Atomen besteht.

  Ein Atom setzt sich wiederum aus kleinsten Teilchen, den Elementarteilchen, zusammen: Protonen, Elektronen und Neutronen.
  Die Atome verschiedener Stoffe sind aus unterschiedlichen Kombinationen der Elementarteilchen zusammengesetzt.
  Die Elementarteilchen sitzen allerdings nicht alle auf einem Haufen, sondern teilen sich auf:

  • Protonen und Neutronen bilden den Atomkern.
  • Elektronen schwirren in einigem Abstand davon in der Atomhülle herum.

• Vergleiche die elektrische Ladung der Elementarteilchen eines Atoms.

  Tipps

  Im Atomkern befinden sich unter anderem die Protonen.

  Lösung

  Ein Atom setzt sich aus kleinsten Teilchen, den Elementarteilchen, zusammen: Protonen, Elektronen und Neutronen. Die Atome verschiedener Stoffe sind aus unterschiedlichen Kombinationen der Elementarteilchen zusammengesetzt.

  Trotz unterschiedlicher Kombinationen bleiben die Elementarteilchen in ihrer elektrischen Ladung beständig:

  • Protonen und Elektronen tragen jeweils eine elektrische Ladung.
  • Protonen sind positiv geladen.
  • Elektronen sind negativ geladen.
  • Neutronen sind elektrisch neutral.

  Deshalb enthält jedes Atom im elektrisch neutralen Zustand genau so viele Elektronen wie Protonen, egal wie viele das sind. Denn dadurch gleichen sich die Ladungen aus, die Atome sind also nach außen hin ungeladen. Die Zahl der Neutronen kann davon abweichen.

• Charakterisiere die Elementarteilchen näher.

  Tipps

  Lösung

  Im Physikunterricht hast du vielleicht schon gelernt, dass zwei verschiedene Ladungen sich anziehen, während gleiche Ladungen sich abstoßen. Die Protonen bleiben jedoch im Atomkern, weil es Kernkräfte gibt, die Protonen und Neutronen im Kern zusammenhalten und stärker sind als die Abstoßung der Ladungen.

  Die Elektronen wiederum bleiben in der Atomhülle, weil sie sich mit großer Geschwindigkeit auf stabilen Bahnen um den Atomkern bewegen, ganz ähnlich wie die Planeten, die im Gleichgewicht der Gravitation um die Sonne kreisen. Interessant dabei ist, dass die Elektronen eigentlich einen unglaublich großen Abstand vom Atomkern haben.

  Ein Atom (also Kern und Hülle zusammen) ist ungefähr eine Trilliarde Mal kleiner als ein Reiskorn. Aber wäre der Atomkern so groß wie ein Reiskorn, dann wäre die Atomhülle im Vergleich so groß wie der Raum in einem Fußballstadion.

  Protonen und Neutronen sind einzeln ungefähr $2\,000$ Mal schwerer als Elektronen. Das heißt, fast die gesamte Masse eines Atoms ist im winzigen Atomkern konzentriert. In der großen Atomhülle befindet sich dagegen fast gar nichts, nur leerer Raum.

• Beschreibe den Atomaufbau des Elements Kohlenstoff.

  Tipps

  Es gibt zwei richtige Antworten.

  Ein anderer Begriff für „Ordnungszahl“ ist „Kernladungszahl“.

  Der Atomkern ist positiv geladen.

  Lösung

  Im Periodensystem der Elemente, kurz: PSE, sind die Elemente nach aufsteigender Protonenzahl sortiert – das ist die Ordnungszahl. Manchmal wird die Ordnungszahl auch Kernladungszahl genannt. Du findest sie in der Abbildung oben links. Diese gibt die Anzahl der Protonen in einem Atom des jeweiligen Elements an. Jedes Atom enthält im elektrisch neutralen Zustand genau so viele Elektronen wie Protonen, egal wie viele das sind. Denn dadurch gleichen sich die Ladungen aus, die Atome sind also nach außen hin ungeladen.

  Folgende Aussagen können wir über das Element Kohlenstoff aufgrund der Abbildung treffen:

  • Es hat hat die Ordnungszahl 6. Das heißt, es steht im PSE an sechster Stelle.
  • Der Atomkern besteht aus sechs Protonen und sechs Neutronen, in der Atomhülle schwirren sechs Elektronen.
  • Auch die Massenzahl 12,01 ist in der Abbildung zu sehen. Sie entspricht der Summe aus Protonen und Neutronen und gibt die Atommasse an.

• Bestimme, was Elementarteilchen sind.

  Tipps

  Es gibt drei richtige Antworten.

  Ein Atom setzt sich aus Elementarteilchen zusammen.

  Lösung

  Ein Atom ist nicht unzerteilbar. Es setzt sich aus kleinsten Teilchen, den Elementarteilchen, zusammen: Protonen, Elektronen und Neutronen:

  • Protonen sind positiv geladen und befinden sich im Atomkern.
  • Neutronen sind elektrisch neutral. Das heißt, sie haben keine Ladung. Sie sind gemeinsam mit den Protonen im Atomkern.
  • Elektronen sind negativ geladen. Sie halten sich in der Atomhülle auf.

  Die Atome verschiedener Stoffe sind aus unterschiedlichen Kombinationen der Elementarteilchen zusammengesetzt.

• Gib die Anzahl der Elementarteilchen der Elemente an.

  Tipps

  So berechnen wir die Anzahl der Neutronen:

  Atommasse $-$ Ordnungszahl $=$ Anzahl der Neutronen

  Dabei runden wir die Atommasse auf die nächstgelegene ganze Zahl auf bzw. ab.

  $28 - 14 = 14$
  Ein Atom des Elements Silicium hat 14 Protonen, 14 Neutronen sowie 14 Elektronen.

  Atome haben im elektrisch neutralen Zustand genau so viele Elektronen wie Protonen.

  Lösung

  Protonen und Neutronen sind einzeln ungefähr $2\,000$ Mal schwerer als Elektronen. Das heißt, fast die gesamte Masse eines Atoms ist im winzigen Atomkern konzentriert. In der großen Atomhülle befindet sich dagegen fast gar nichts, nur leerer Raum. Deshalb gibt die Atommasse die Summe der Protonen und Neutronen eines Atoms an, da die Elektronen so gut wie nichts wiegen.

  Wenn wir also wissen, dass Kohlenstoff die Ordnungszahl 6 hat sowie eine Atommasse von 12,01 $u$, dann können wir die Anzahl der Neutronen berechnen:

  Atommasse $-$ Ordnungszahl $=$ Anzahl der Neutronen

  Wir runden die Atommasse auf die nächstgelegene ganze Zahl auf bzw. ab. Demzufolge ergibt sich für Kohlenstoff:

  $12 - 6 = 6$

  Somit hat ein Atom des Elements Kohlenstoff sechs Protonen, sechs Neutronen sowie sechs Elektronen.

  Bei den vielen Elementen besitzen die Atome genau so viele Neutronen wie Protonen beziehungsweise Elektronen. Doch es gibt auch einige Elemente, bei denen dies nicht der Fall ist.

  Lithium

  Lithium hat eine Atommasse von 7 $u$.
  Ein Atom des Elements Lithium hat drei Protonen, vier Neutronen sowie drei Elektronen (denn $7 - 3 = 4$).

  Iod

  Iod hat eine Atommasse von 127 $u$.
  Ein Atom des Elements Iod hat 53 Protonen, 74 Neutronen sowie 53 Elektronen (denn $127 - 53 = 74$).

  Eisen

  Eisen hat eine Atommasse von 56 $u$.
  Ein Atom des Elements Eisen hat 26 Protonen, 30 Neutronen sowie 26 Elektronen (denn $56 - 26 = 30$).

  Xenon

  Xenon hat eine Atommasse von 131 $u$.
  Ein Atom des Elements Xenon hat 54 Protonen, 77 Neutronen sowie 54 Elektronen (denn $131 - 54 = 77$).