Atome und Isotope

Atomphysik NWA Klasse 9
Atome wurden lange Zeit als die kleinsten Teilchen
angesehen, aus denen die Körper bestehen. Sie geben
den Körpern ihre chemischen und physikalischen
Eigenschaften.
Heute wissen wir, dass Atome aus noch kleineren
Teilchen bestehen: den Elementarteilchen!
Der Begriff Atom
Atom:
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Atome sind Grundbausteine aller Körper.
Der Name leitet sich vom griechischen átomos ab, was „das
Unzerschneidbare“ bedeutet (häufig auch übersetzt mit „das
Unteilbare“).
Ein Atom ist die kleinste Einheit, in die sich Materie mit
mechanischen oder chemischen Mitteln zerlegen lässt.
Die Entdeckung des Atoms
Der griechische Philosoph
Demokrit (460–371 v. Chr.)
war einer der ersten, die sich
die Materie aus unteilbaren
Grundbausteinen aufgebaut
vorstellten. Diese Atome
sollten ihrer Vorstellung nach
bereits die Eigenschaften der
aus ihnen aufgebauten Materie
aufweisen.
Die Entdeckung des Atoms
Erste experimentelle Hinweise darauf,
dass die Materie tatsächlich aus kleinen
Bausteinen aufgebaut ist, fanden sich
erst Anfang des 19. Jahrhunderts. Damals
stießen Chemiker wie John Dalton (1766–
1844) darauf, dass sich die chemischen
Elemente nur in bestimmten
ganzzahligen Verhältnissen
miteinander zu Molekülen verbinden.
John Dalton erklärte dieses Phänomen
1808 damit, dass die Elemente aus nicht
mehr teilbaren, kleinsten Einheiten
bestehen und griff für diese Teile den
alten griechischen Begriff des Atoms
wieder auf.
Die Entdeckung des Atoms
Das Atome jedoch nicht unteilbar sind
bewies 1897 der britische Physiker
Joseph J. Thomson (1856–1940).
(1856–1940) In
seinen Experimenten mit einer
Glühlampe konnte er zeigen, dass sich
aus den Atomen kleinere, elektrisch
geladene Teilchen herausschlagen lassen
– die Elektronen.
Thomson stellte sich Atome als winzige,
elastische Kügelchen vor, in denen Masse
und positive elektrische Ladung
gleichmäßig verteilt sind. Eingebettet in
diese Masse sind, wie Rosinen in einem
Kuchenteig, die punktförmigen,
elektrisch negativen Elektronen.
Die Entdeckung des Atoms
Doch schon 1911 zerstörte Ernest
Rutherford (1871–1937) dieses Bild.
Um den Aufbau der Atome zu
untersuchen, schoss er radioaktive
Alphastrahlung auf Goldfolie. Dabei
entdeckte der Physiker, dass die
Masse in den Atomen keineswegs so
gleichmäßig verteilt ist, wie von
Thomson angenommen. Vielmehr
konzentriert sich die Masse und auch
die positive Ladung des Atoms auf
einen winzigen Bereich, den
Atomkern.
Die Entdeckung des Atoms
Der dänische Physiker Niels Bohr
(1885–1962) postulierte, dass die
Elektronen nur einige bestimmte
Bahnen um den Atomkern
einnehmen könnten und dass
Übergänge zwischen diesen Bahnen
nur in Sprüngen möglich seien. Diese
Postulate lassen sich nicht aus der
klassischen Physik herleiten sondern
ausschließlich durch die
Übereinstimmung des sich daraus
ergebenden Bohrschen
Atommodells mit den
experimentellen Beobachtungen.
Die Entdeckung des Atoms
Das bohrsche Atommodell
Beispiel:
Wasserstoff: Das einfachste
Atom!
Größere Atome besitzen auch
Neutronen im Atomkern.
Die Entdeckung des Atoms
Das Periodensystem der
Elemente zeigt uns den Aufbau
der Atome:
Ordnungszahl = Anzahl der
Protonen im Kern / Anzahl
der Elektronen
Reihe = Anzahl der
Elektronenschalen des
Atoms
Chemisch sind Atome eines Stoffes gleich!
Das ist aber in der Physik nicht richtig!
Isotope
Deuterium und Trizium bezeichnet man als „schweres Wasser“.
Warum ist ihre Masse größer als die von einfachem
Wasserstoffatomen?
Wasserstoff: 1 Proton im Atomkern
Deuterium: 1 Proton und ein Neutron im Atomkern
Trizium: 1 Proton und 2 Neutronen im Atomkern
Chemisch verhalten sich alle 3 Atome gleich. Es sind Wasserstoffatome!
Isotope
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Isotope sind Atome mit gleichen chemischen Eigenschaften,
aber verschiedenen physikalischen Eigenschaften.
Insbesondere unterscheiden sie sich in der Masse des
Atomkerns!
Isotope haben die gleiche Anzahl Protonen und Elektronen,
sie unterscheiden sich im Aufbau durch die Anzahl der
Neutronen!
Beispiel: Es gibt 2 Isotope des Kohlenstoffs: Kohlenstoff 12
hat 6 Neutronen, Kohlenstoff 14 hat 8 Neutronen!
Isotope
Kohlenstoff 12:
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12 C
Schreibweise:
6
Merkmal: 12 Teilchen im Kern, 6 Protonen und 6 Neutronen
Kohlenstoff 14:
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14 C
Schreibweise:
6
Merkmal: 14 Teilchen im Kern, 6 Protonen und 8 Neutronen
Isotope
Begriffe:
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Kernladungszahl Z: Anzahl der geladenen Teilchen
(Protonen) im Kern! Entspricht der Ordnungszahl!
Massenzahl M: Anzahl aller Teilchen im Atomkern! Entspricht
der relativen Atommasse!
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Neutronenzahl N: Anzahl der Neutronen im Atomkern!
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Berechnung: N=M-Z
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Isotopenschreibweise:
Massenzahl Element
Kernladungszahl
Was werden wir weiter untersuchen?
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Welche unterschiedlichen Eigenschaften haben Isotope?
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Was ist radioaktive Strahlung? Wie entsteht sie?
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Welche Wirkung hat Strahlung?
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Wie können wir Strahlung auch nutzbringend verwenden?
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Verwendung radioaktiver Isotope!