Lernseite für die Oberstufe BW

Atombau/Nukleonenzahl

  • 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:

    1. einem sehr kleinen, positiv geladenen Kern
    2. einer negativen, kugelförmigen Elektronenhülle
    3. Elektronen, die sich mit hoher Geschwindigkeit um den Kern bewegen

    Ein Atommodell, das zwischen Atomkern und Elektronenhülle unterscheidet, wird als Kern-Hülle-Modell bezeichnet.

    + + − − Atomkern enthält Elementarteilchen: Protonen (1 u, 1+) Neutronen (1 u, 0) Gesamte Masse im Kern konzentriert Atomhülle (= Elektronenhülle) enthält Elementarteilchen: Elektronen (0 u, 1−) Masse ≈ 0, Ladung −1 Da Elektronen fast keine Masse Atomhülle Kern

    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 Modell
    1×
    Atom 10× 100× 1.000× 6.000× Proton
    Vollständiges 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.

    Tafelbild: Schreibweise des Atomkerns – Nukleonenzahl oben links, Kernladungszahl unten links am Elementsymbol. Beispiel Aluminium ²⁷₁₃Al. Darunter: Nukleonenzahl = Massenzahl, Kernladungszahl = Protonenzahl = Ordnungszahl.

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    ✕ Tafelbild Elementarteilchen und Schreibweise des Atomkerns – vergrößert

    Aus dem Tafelbild ergeben sich folgende Definitionen:

    1. Der Atomkern ist aus Protonen und Neutronen aufgebaut.
    2. Die Protonenzahl stimmt mit der Ordnungszahl eines Elements und der Kernladungszahl überein.
      Beispiel: Fluor = ₉F: 9 Protonen → Ordnungszahl = Kernladungszahl = 9, Elektronenanzahl = 9.
    3. Nukleonenzahl = Anzahl der Protonen + Anzahl der Neutronen im Atomkern.
      Beispiel: ¹⁹F: Nukleonenzahl = 19 → 9 Protonen und 10 Neutronen.
    4. 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".

    Übungsaufgabe Elementarteilchen – leere Tabelle zu Proton, Neutron, Elektron mit Symbolen, Masse, Ladung und Zuordnung im Atom; darunter Nukleonenzahl und Kernladungszahl am Beispiel ²⁷₁₃Al

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    ✕ Übungsaufgabe Elementarteilchen – leere Tabelle, vergrößert
    ▶ Lösung anzeigen

    Lösung zur Übungsaufgabe Elementarteilchen – ausgefüllte Tabelle: Proton (p⁺, 1u, +1, Kern), Neutron (n, 1u, 0, Kern), Elektron (e⁻, 0u, −1, Elektronenhülle); Nukleonenzahl = Massenzahl = Protonenzahl + Neutronenzahl; Kernladungszahl = Ordnungszahl = Protonenzahl

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    ✕ Lösung Elementarteilchen-Tabelle – vergrößert

    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.

    1

    Aus 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) – Elektronenhülle

    2

    Was 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.

    3

    Was passiert bei: +/−, +/+, −/−?

    + und − → Anziehung (ungleiche Ladungen)
    + und + → Abstoßung (gleiche Ladungen)
    − und − → Abstoßung (gleiche Ladungen)

    4

    Was bedeuten die Zahlen in der Schreibweise ²⁷₁₃Al?

    27 = Massenzahl (Nukleonenzahl) = Protonen + Neutronen
    13 = Kernladungszahl = Ordnungszahl = Protonenzahl
    Neutronen = 27 − 13 = 14

    5

    Rechenaufgabe: ¹⁹₉F – wie viele Protonen, Neutronen und Elektronen?

    Protonen = Kernladungszahl = 9
    Neutronen = 19 − 9 = 10
    Elektronen (neutral) = Protonenzahl = 9

    Weiter im Kapitel – Atombau bis ZMKs

    ← 2.2 Atommodelle: Demokrit und Dalton 2.4 Bohrsches Schalenmodell →

    🔁 Grundlagen (Kl. 8): Atommodell nach Dalton – Kugelteilchenmodell

    ⏩ Weiterführend: 2.5 Das Kugelwolkenmodell (KWM) · PSE Teil I