Atommodelle - Rutherford und Bohr erklären den Aufbau des PSE

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Einige Fragen stellen sich, wenn man sich das Periodensystem mit den Elementen anschaut:

  • Gibt es vielleicht noch mehr Elemente "zwischen" den bekannten?
  • Woher kommt die Periodizität der Eigenschaften, wenn man die Atome der Masse nach aufreiht?

Schon früh wurde den Chemikern und Physiker klar, dass sie klären mussten, was die Atome der verschiedenen Elemente unterscheidet? Das führte letztendlich dazu, dass erklärt wurde, wie die Atome aufgebaut sind. Zwei Physiker brachte dabei den Durchbruch. Der eine durch ein Experiment, der andere eher durch theoretische Überlegungen.

Inhaltsverzeichnis

Das Kern-Hülle-Modell nach Rutherford

Nuvola apps kpdf recolored.png Im Buch zu lesen: Zum Thema Kern-Hülle-Modell findest du in unserem Buch Informationen auf Seite ??.
Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 1

Informiere dich im Buch über das Kern-Hülle-Modell und den Aufbau des Atoms. Fülle die Lücken des Arbeitsblattes aus.

Begriffe und Dinge, die du nun kennen sollst:
  • Atomkern, Atomhülle
  • Elektron, Neutron, Proton ... deren Eigenschaften und ihre Position im Atom
  • Isotop


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 2

Fülle das Arbeitsblatt aus, bei dem es um die Bestimmung der Anzahl der Elementarteilchen geht. Eine Video-Anleitung findest du UbuntuStudio-Icons-Video Production.svg hier.


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 3

Im Buch wird das Rutherford'sche Streuexperiment recht kurz beschrieben. Man findet aber Videos, die das Experiment zeigen und mit Animationen sicherlich besser erklären können.

  • UbuntuStudio-Icons-Video Production.svg Rutherford-Experiment ... ein etwas älterer Film, der aber das Experiment richtig zeigt und alles gut erklärt.

Beantworte die folgenden Fragen, um zeigen, dass das Experiment von Rutherford verstanden hast

  • Warum war sich Rutherford sicher, dass die Atome größtenteils aus leerem Raum bestehen?
  • Wie hätten die Atome aussehen müssen, damit keine Strahlung durchkommt?
  • Warum war nach dem Experiment klar, dass der Kern eine positive Ladung haben muss?
  • Warum musste Rutherford eine möglichst dünne Goldfolie verwenden?


Ionen ... geladene Atom

Bei Mineralwasser findest du auf der Rückseite immer Informationen über die Inhaltsstoffe. Sicher findest du da so etwas wie Na+ oder Cl-! Ist also im Mineralwasser Natrium und Chlor enthalten? Dann sollte man das sicher nicht trinken, oder? Aber welche Bedeutung haben das dann das Plus und das Minus am Atom?

Vom Atomaufbau kennst du ja die die Ladung der verschiedenen Elementarteilchen. Und auch hier haben wir jeweils Teilchen mit einer Ladung. Das bedeutet dann, dass ...

  • Na+ eine Art Natriumatom mit positiver Ladung ist.
  • Cl- eine Art Chloratom mit negativer Ladung ist.

Tatsächlich nennt man solche geladenen Teilchen nicht Atome sondern Ionen. Aber wie entstehen sie?

Wie du dir vielleicht denken kannst, hat das was mit den Elementarteilchen zu tun, denn sie sind geladen und wenn man deren Anzahl verändert, es also nicht mehr gleich viele Elektronen wie Protonen gibt, überwiegt eine der Ladungen und das Teilchen ist nach außen hin nicht neutral sondern eben geladen.


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 3

Schau dir das UbuntuStudio-Icons-Video Production.svg Video mit den Erklärungen an, was Na+ oder Cl- bedeuten. Es wird auch erklärt, wie die Ladung zustande kommt und wie man darauf kommt, wie das geladene "Atome" aufgebaut sein muss.

Verständniskontrolle:

  • Warum macht es Sinn, dass eher die Anzahl der Elektronen verändert werden als die der Protonen?
    Weil der Hülle außen ist und deshalb ein Elektron dazu oder das Entfernen eines Elektrons leichter stattfinden kann, als wenn etwas innen am Kern macht.
  • Warum darf man die Anzahl der Protonen nicht verändern?
    Die Anzahl der Protonen bestimmt die Art des Atoms. Verändert man die Protonenzahl so hätte man ein anderes Element.
  • Warum darf man bei Na+ nicht Atom nennen?
    Bei den Atomen ist die Anzahl von Protonen gleich der Anzahl Elektronen. Das ist bei geladenen Teilchen nicht der Fall.


Ion = geladenes Atom, bei dem entweder Elektronen im Vergleich zum "Normalzustand" entfernt oder hinzugefügt wurden.
Erklärung: Es werden immer Elektronen entfernt bzw. hinzugefügt, da die außen liegende Hülle "leichter" veränderbar ist!
  • Anion = negativ geladenes Ion, wie Cl-
  • Kation = postiv geladenes Ion, wie Na+.



Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 4


In der Schule sollen dann für die restlichen Ionen auf dem ausgeteilten Etikett (außer Sulfat und Hydr. Carb.) ebenfalls bestimmt werden, wieviele Elektronen, Protonen und Neutronen diese haben.}}


Edelgasregel: Atome versuche immer die Elektronenkonfiguration benachbarter Edelgase zu erreichen und geben deswegen Elektron ab bzw. nehmen auf.
  • Elektronenkonfiguration = Anzahl und Verteilung der Elektronen im Kern.


Das Bohr'sche Schalenmodell

Abschluss

Übrigens:

  • Das es tatsächlich keine Lücke mehr im Periodensystem geben kann, wurde von Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite Moseley Henry Moseley  nachgewiesen. Und zwar zur gleichen Zeit, wie Bohr sein Atommodell aufstellte. Im Grunde genommen bestätigte er damit die Atommodelle von Rutherford und Bohr, die aufeinander aufbauten.
  • Bei den Isotopen sind die Kernforschungsinstitute auf der Jagd nach Atomen mit immer größerer Ordnungszahl, die auch auch immer schwerer sind. Allerdings sind alle diese künstlich erzeugten Elemente radioaktiv und zerfallen meist sehr schnell. Das liegt an der großen Anzahl an Protonen, die nicht mehr von den Neutronen abgeschirmt werden können, so dass sie die positiven Ladungen abstoßen und das Atom zerfällt. Die Physiker vermuten aber, dass es bestimmte Ordnungszahlen gibt, ab denen es plötzlich wieder stabile Isotope gibt. Man verwendet die Begriffe "Magische Zahlen" oder "Insel der Stabilität". Siehe auch Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite Magische_Zahl .
  • Interessanter Weise gibt es den Roman "Atomgewicht 500". Es ist ein "alter" Science-Fiction Roman aus dem Jahre 1934 vom dem, aus der DDR stammenden Autor, Hans Dominik. Es geht dabei um Atome mit einem Gewicht von über 500 u, die stabil sein sollen und als wundersame Energiequellen dienen sollen Mehr dazu ....