Atombau/Kernladungszahl
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2.3 Rutherford: Kern-Hülle-Modell
Was du auf dieser Seite lernst
Atome bestehen aus einem winzigen, positiv geladenen Atomkern und einer negativ geladenen Elektronenhülle. Du lernst die drei Elementarteilchen (Proton, Neutron, Elektron) kennen, verstehst elektrische Anziehungs- und Abstoßungskräfte im Atom und lernst die chemische Schreibweise mit Nukleonenzahl, Kernladungszahl und Massenzahl.
Grundlagen aus der 8. Klasse
Das erste Atommodell hast du bereits in der 8. Klasse kennengelernt: → Atommodell nach Dalton – Kugelteilchenmodell
Elektrische Anziehungskräfte im Atom
Sehr vereinfacht können wir sagen, dass jede Anziehungskraft der Chemie auf der Anziehung zwischen positiver und negativer Ladung beruht.
Kurz: Plus + Minus ziehen sich an; gleiche Ladungen stoßen sich ab.
⚡ Anziehung und Abstoßung – ausprobieren!
Plus + Minus ziehen sich an. Gleiche Ladungen stoßen sich ab.+↔−+↔+−↔−Aufbau des Atoms: Atomkern und Elektronenhülle
Atome bestehen aus:
- einem sehr kleinen, positiv geladenen Kern
- einer negativen, kugelförmigen Elektronenhülle
- Elektronen, die sich mit hoher Geschwindigkeit um den Kern bewegen
Ein Atommodell, das zwischen Atomkern und Elektronenhülle unterscheidet, wird als Kern-Hülle-Modell bezeichnet.
Vereinfachtes Kern-Hülle-Modell eines Atoms (nicht maßstabsgerecht)
Größenverhältnis: Atomkern und Atomhülle
⚠️ Wichtig: Der Durchmesser der Atomhülle ist etwa 10 000-mal größer als der Durchmesser des Atomkerns. Die Hülle ist kein fester Bereich – es ist nur der Bereich, in dem sich die Elektronen aufhalten.
Wenn der Atomkern so groß wie eine Kirsche wäre, hätte das gesamte Atom einen Durchmesser von etwa einem Fußballfeld.
🔬 Wasserstoffatom – Maßstabsgetreues Modell1×Atom 10× 100× 1.000× 6.000× ProtonVollständiges Atom sichtbar. Das Proton ist maßstabsgerecht viel zu klein zum Sehen.2.3.1 Der Atomkern – Elementarteilchen und Schreibweise
Die Teilchen, aus denen ein Atom besteht, bezeichnet man als Elementarteilchen: Protonen, Neutronen und Elektronen.
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Aus dem Tafelbild ergeben sich folgende Definitionen:
- Der Atomkern ist aus Protonen und Neutronen aufgebaut.
- Die Protonenzahl stimmt mit der Ordnungszahl eines Elements und der
Kernladungszahl überein.
Beispiel: Fluor = ₉F: 9 Protonen → Ordnungszahl = Kernladungszahl = 9, Elektronenanzahl = 9. - Nukleonenzahl = Anzahl der Protonen + Anzahl der Neutronen im Atomkern.
Beispiel: ¹⁹F: Nukleonenzahl = 19 → 9 Protonen und 10 Neutronen. - Massenzahl: Die Atommasse ist angenähert die Summe der Protonen- und Neutronenmasse. Die Masse der Elektronen ist außerordentlich klein.
Übungsaufgabe: Elementarteilchen
Kannst du die Tabelle selbst ausfüllen? Klicke dann auf „Lösung anzeigen".
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Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen
Kern-Hülle-Modell
Atome bestehen aus einem winzigen, positiv geladenen Atomkern und einer negativ geladenen Elektronenhülle.
Elementarteilchen
Im Kern: Protonen (1 u, +1) und Neutronen (1 u, 0). In der Hülle: Elektronen (≈0 u, −1).
Nukleonenzahl
Nukleonenzahl = Anzahl Protonen + Anzahl Neutronen = Massenzahl. Die Kernladungszahl = Protonenzahl = Ordnungszahl.
Elektrische Kräfte
Ungleiche Ladungen ziehen sich an, gleiche stoßen sich ab. Protonen (+) und Elektronen (−) halten das Atom zusammen.
Häufige Fragen – Kern-Hülle-Modell und Elementarteilchen
Was sind Elementarteilchen und welche gibt es?
Elementarteilchen sind die Bausteine eines Atoms. Es gibt drei: Protonen (Masse 1 u, Ladung +1, im Kern), Neutronen (Masse 1 u, Ladung 0, im Kern) und Elektronen (Masse ≈ 0 u, Ladung −1, in der Elektronenhülle). Protonen und Neutronen heißen zusammen auch Nukleonen.
Was ist der Unterschied zwischen Kernladungszahl, Ordnungszahl und Massenzahl?
Die Kernladungszahl = Anzahl der Protonen im Kern = Ordnungszahl des Elements im Periodensystem. Die Massenzahl (= Nukleonenzahl) = Anzahl Protonen + Anzahl Neutronen. Beim Aluminium ²⁷₁₃Al: Kernladungszahl = Ordnungszahl = 13 (Protonen), Massenzahl = 27 (13 Protonen + 14 Neutronen).
Warum ist der Atomkern so viel kleiner als das Atom?
Der Durchmesser der Atomhülle beträgt etwa 10 000-mal den Durchmesser des Atomkerns. Der Kern enthält fast die gesamte Masse des Atoms, aber fast kein Volumen. Die Hülle ist kein festes Objekt – sie ist lediglich der Bereich, in dem sich die Elektronen aufhalten. Der übrige Teil des Atoms ist „leer".
Warum brechen nicht alle Protonen im Kern auseinander?
Auf sehr kurze Abstände wirkt die sogenannte starke Kernkraft (Kernbindungskraft), die stärker ist als die elektrische Abstoßung zwischen den positiv geladenen Protonen. Neutronen helfen dabei, diese Kraft zu vermitteln und den Kern zusammenzuhalten. Die starke Kernkraft ist Thema der Physik – in der Chemie arbeiten wir vereinfachend mit dem Kern-Hülle-Modell.
Welche Weiterentwicklung des Kern-Hülle-Modells gibt es?
Rutherford beschrieb erstmals den Aufbau aus Kern und Hülle. Niels Bohr erweiterte dieses Modell: Elektronen bewegen sich auf bestimmten Bahnen (Energiestufen, Schalen) um den Kern – man spricht vom Bohrschen Schalenmodell. Das modernste Modell für die Schule ist das Kugelwolkenmodell (KWM), das die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen beschreibt.
Lernkarten – Kern-Hülle-Modell und Elementarteilchen
Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen.
1Aus welchen drei Elementarteilchen besteht ein Atom? Nenne Symbol, Masse und Ladung.
Proton (p⁺, 1 u, +1) – im Kern
Neutron (n, 1 u, 0) – im Kern
Elektron (e⁻, ≈0 u, −1) – Elektronenhülle2Was ist die Kernladungszahl und womit stimmt sie überein?
Die Kernladungszahl = Anzahl der Protonen im Kern. Sie stimmt mit der Ordnungszahl im PSE und der Elektronenanzahl im neutralen Atom überein.
3Was passiert bei: +/−, +/+, −/−?
+ und − → Anziehung (ungleiche Ladungen)
+ und + → Abstoßung (gleiche Ladungen)
− und − → Abstoßung (gleiche Ladungen)4Was bedeuten die Zahlen in der Schreibweise ²⁷₁₃Al?
27 = Massenzahl (Nukleonenzahl) = Protonen + Neutronen
13 = Kernladungszahl = Ordnungszahl = Protonenzahl
Neutronen = 27 − 13 = 145Rechenaufgabe: ¹⁹₉F – wie viele Protonen, Neutronen und Elektronen?
Protonen = Kernladungszahl = 9
Neutronen = 19 − 9 = 10
Elektronen (neutral) = Protonenzahl = 9Weiter im Kapitel – Atombau bis ZMKs
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