Textergänzung: Entwicklung der Atommodelle
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Textergänzung: Entwicklung der Atommodelle Unterrichtsfach Chemie Themenbereich/e Aufbau der Materie; Atombau Schulstufe (Klasse) 11. (7.) Unterrichtseinsatz Erarbeitungsphase Sprachliche Kompetenzen Erarbeiten von Sachtexten; sprachliche Reflexion; Einüben fachsprachlicher Begriffe und Wendungen 1 -2 Unterrichtseinheiten Zeitbedarf Material- & Medienbedarf Kopierte Arbeitsvorlage; Lehrbuch der Klasse; eventuell Nachschlagewerke und/oder Internetanschluss Sozialform/en Einzelarbeit; PartnerInnenarbeit Methodische Tools Lesestrategien sollten bekannt sein Besondere Merkmale und Hinweise zur Durchführung In diesem Lückentext fehlen die Konnektoren. Die Zahl der Textlücken in der Vorlage ist maximal. Sie sollte in differenzierter Form an das individuelle sprachliche Niveau der SchülerInnen angepasst werden. Die Bearbeitung der ergänzenden Aufgaben ist für eine verlässliche Erschließung des Texts unerlässlich! http://wp1049905.wp079.webpack.hosteurope.de/www_projektl_de/leben/index_frame.php?id=atom.php Langer Quelle Ersteller/in IFSL-Arbeitsblätter für den sprachsensiblen Unterricht – Chemie © E. Langer 1/5 Lückentext: Entwicklung der Atommodelle PartnerInnenarbeit: Fügt zunächst die fehlenden Worte (Konjunktionen, Präpositionen, Partikel) in den Text ein! Probiert dabei verschiedene Möglichkeiten und achtet darauf, dass sich ein sinnvoller und korrekter Satz ergibt. Bearbeitet dann die folgenden Aufgaben schriftlich. Formuliert ganze Sätze und bemüht euch, die Sprache des Texts nachzuempfinden. Ihr könnt auch euer Chemie-Lehrbuch oder andere Quellen für eure Arbeit verwenden. 1. Beschreibe, welche Vorstellung von den Atomen man in der Antike hatte und nenne den Philosophen, der den Begriff „Atome“ prägte. 2. Berichte, wann und durch wen die Atomtheorie des Altertums wieder aufgegriffen wurde. 3. Beschreibe und erkläre das Experiment, welches das Rutherford'sche Atommodell begründete. Nenne die Ergebnisse seines Versuchs! 4. Erkläre und begründe die wesentlichen Aussagen des Rutherford'schen Atommodells! 5. Beschreibe die Größenverhältnisse im Inneren der Atome. 6. Erläutere die Theorie von Niels Bohr: In welcher Hinsicht geht sein Modell über das Rutherford'sche hinaus? Welche experimentellen Befunde konnte Bohr mit seinem Atommodell erklären? Die Überlegungen zum Aufbau des Atoms sind bekanntermaßen recht alt. So formulierten Leukippos und Demokrit vor rund 2500 Jahren die Atomistik, wonach der Baustein der realen Welt das unteilbare und unzerstörbare Atom (griech.: atomos) sei. Diese Theorie geriet im Laufe der Zeit in Vergessenheit, bis der englische Chemiker John Dalton sie im beginnenden 19. Jahrhundert für seine Gastheorie neu formulierte. Doch sie war nicht von Dauer, denn mit Atomzertrümmerung und Kernspaltung tauchen seit dem Wechsel vom 19. in das 20. Jahrhundert immer weitere subatomare Teilchen auf. Das bis heute mehr oder weniger akzeptierte und gelehrte Atommodell kommt von Niels Bohr. Er war dänischer Physiker und Nobelpreisträger von 1922. Er suchte nach Erklärungsansätzen für das Spektrum des Wasserstoffatoms und veröffentlichte im Jahre 1913 das nach ihm benannte Atommodell. Es fußt auf der Quantenhypothese von Max Planck und dem Atommodell von Ernest Rutherford. Rutherfords Abteilung führte 1909 Experimente durch, bei der eine dünne Metallfolie mit Alphateilchen (doppelt positiv geladene Heliumkerne – 2 Protonen und 2 Neutronen) beschossen wurde. Dabei stellten sie fest, dass der größte Anteil der Teilchen ungehindert durch die Folie ging und nur ein kleinerer Teil abgelenkt oder zurückgeworfen wurde. Rutherford entwickelte danach das von ihm 1911 vorgeschlagene Atommodell. Demnach IFSL-Arbeitsblätter für den sprachsensiblen Unterricht – Chemie © E. Langer 2/5 befindet sich in der Mitte der Atome der so genannte Atomkern, der die eigentliche »Masse« darstellt. Er enthält Protonen (positiv geladene Teilchen) und Neutronen (neutrale Teilchen). Um den Atomkern herum schweben die Elektronen (negativ geladene Teilchen) in Form einer »Energiewolke«. Sie bilden die Atomhülle. Anhand des Alphateilchen-Experimentes konnte Rutherford auch die ungefähren Größenverhältnisse berechnen. Alphateilchen haben eine mehr als siebentausendmal so große Masse wie ein Elektron und sind grundsätzlich identisch mit einem Heliumatom, nur dass sie zwei Elektronen weniger haben. Aufgrund dieser Verhältnisse stellten die Elektronen in den Atomen der Metallfolie für die Alphateilchen kaum ein Hindernis dar. Sie wurden einfach »weggefegt«. Somit konnte also auch nur der Atomkern die Alphateilchen ablenken. Aufgrund der geringen Anzahl von abgelenkten Alphateilchen, musste das Atom jedoch einen sehr kleinen Kern haben. Rutherford errechnete folgende Größenverhältnisse. So hat ein durchschnittlicher Atomkern einen Durchmesser von 10-14 bis 10-15 m und die Elektronenwolke in der Regel einen Durchmesser von etwa 10-7 bis 10-10 m. In etwas handlichere Größenverhältnisse umgesetzt, bedeutet dies: wenn der 300 m hohe Eiffelturm von einer großen Atomhülle umschlossen wäre, befände sich in seinem Zentrum ein 3 cm großer Atomkern. Die Elektronen würden sich dann als mikroskopisch kleine Staubteilchen im Bereich der Hülle bewegen. Dieses Bild erklärt recht anschaulich, warum die Alphateilchen quasi ungehindert die Metallfolie durchdringen konnten. Bohr verfeinerte dieses Atommodell noch weiter. Er führte für die Elektronen verschiedene Energiebahnen ein, auf denen sie den Kern »umkreisen«. Somit ließen sich auch die eingangs schon erwähnten Spektrallinien des Wasserstoffatoms erklären. Dieses Modell wird auch gerne mit unserem Planetensystem verglichen. Die Elektronen haben die Fähigkeit, diese Bahnen zu wechseln, wobei sie Energie aufnehmen oder abgeben. Das Erstaunliche an diesen »Wechseln« ist jedoch , dass der Weg dieser Übergänge nicht nachvollziehbar ist. Elektronen halten sich nie zwischen den Bahnen auf, sondern springen quasi »geisterhaft« von einer Bahn auf eine andere. Das Bohr’sche Atommodell hat sich bisher als Erklärungsmodell für chemische Vorgänge und unsere »Alltagserscheinungen« bewährt. Doch es ist und bleibt auch nur ein Modell. Und so darf es uns nicht wundern, dass es durch die Erkenntnisse der Quantenphysik inzwischen einen grundlegenden Wandel erfuhr … Aber allein aus dem Bohr'schen Atommodell tauchen für den Anfang schon genügend Fragen auf. Reduzierten wir z.B. die Materie, aus der ein Mensch besteht, auf seine »festen« Kern-Bestandteile, so bliebe nicht einmal ein stecknadelkopf-großes »Etwas« mit einem »Hauch« von Elektronenwolke. Da stellt sich die Frage, warum die Materie teilweise so fest wirkt, obwohl sie doch eigentlich nur aus viel »Nichts«, ein bisschen Kern und einigen Elektronen zu bestehen scheint. Aber was ist dieses »Nichts« im Atom, und woraus bestehen denn eigentlich die Teilchen? IFSL-Arbeitsblätter für den sprachsensiblen Unterricht – Chemie © E. Langer 3/5 Textergänzung: Entwicklung der Atommodelle Lösung Die Überlegungen zum Aufbau des Atoms sind bekanntermaßen recht alt. So formulierten Leukippos und Demokrit vor rund 2500 Jahren die Atomistik, wonach der Baustein der realen Welt das unteilbare und unzerstörbare Atom (griech.: atomos) sei. Diese Theorie geriet im Laufe der Zeit in Vergessenheit, bis der englische Chemiker John Dalton sie im beginnenden 19. Jahrhundert für seine Gastheorie neu formulierte. Doch sie war nicht von Dauer, denn mit Atomzertrümmerung und Kernspaltung tauchen seit dem Wechsel vom 19. in das 20. Jahrhundert immer weitere subatomare Teilchen auf. Das bis heute mehr oder weniger akzeptierte und gelehrte Atommodell kommt von Niels Bohr. Er war dänischer Physiker und Nobelpreisträger von 1922. Er suchte nach Erklärungsansätzen für das Spektrum des Wasserstoffatoms und veröffentlichte im Jahre 1913 das nach ihm benannte Atommodell. Es fußt auf der Quantenhypothese von Max Planck und dem Atommodell von Ernest Rutherford. Rutherfords Abteilung führte 1909 Experimente durch, bei der eine dünne Metallfolie mit Alphateilchen (doppelt positiv geladene Heliumkerne – 2 Protonen und 2 Neutronen) beschossen wurde. Dabei stellten sie fest, dass der größte Anteil der Teilchen ungehindert durch die Folie ging und nur ein kleinerer Teil abgelenkt oder zurückgeworfen wurde. Rutherford entwickelte danach das von ihm 1911 vorgeschlagene Atommodell. Demnach befindet sich in der Mitte der Atome der so genannte Atomkern, der die eigentliche »Masse« darstellt. Er enthält Protonen (positiv geladene Teilchen) und Neutronen (neutrale Teilchen). Um den Atomkern herum schweben die Elektronen (negativ geladene Teilchen) in Form einer »Energiewolke«. Sie bilden die Atomhülle. Anhand des Alphateilchen-Experimentes konnte Rutherford auch die ungefähren Größenverhältnisse berechnen. Alphateilchen haben eine mehr als siebentausend mal so große Masse wie ein Elektron und sind grundsätzlich identisch mit einem Heliumatom, nur dass sie zwei Elektronen weniger haben. Aufgrund dieser Verhältnisse stellten die Elektronen in den Atomen der Metallfolie für die Alphateilchen kaum ein Hindernis dar. Sie wurden einfach »weggefegt«. Somit konnte also auch nur der Atomkern die Alphateilchen ablenken. Aufgrund der geringen Anzahl von abgelenkten Alphateilchen, musste das Atom jedoch einen sehr kleinen Kern haben. Rutherford errechnete folgende Größenverhältnisse. So hat ein durchschnittlicher Atomkern einen Durchmesser von 10-14 bis 10-15 m und die Elektronenwolke in der Regel einen Durchmesser von etwa 10-7 bis 10-10 m. In etwas handlichere Größenverhältnisse umgesetzt, bedeutet dies: wenn der 300 m hohe Eiffelturm von einer großen Atomhülle IFSL-Arbeitsblätter für den sprachsensiblen Unterricht – Chemie © E. Langer 4/5 umschlossen wäre, befände sich in seinem Zentrum ein 3 cm großer Atomkern. Die Elektronen würden sich dann als mikroskopisch kleine Staubteilchen im Bereich der Hülle bewegen. Dieses Bild erklärt recht anschaulich, warum die Alphateilchen quasi ungehindert die Metallfolie durchdringen konnten. Bohr verfeinerte dieses Atommodell noch weiter. Er führte für die Elektronen verschiedene Energiebahnen ein, auf denen sie den Kern »umkreisen«. Somit ließen sich auch die eingangs schon erwähnten Spektrallinien des Wasserstoffatoms erklären. Dieses Modell wird auch gerne mit unserem Planetensystem verglichen. Die Elektronen haben die Fähigkeit, diese Bahnen zu wechseln, wobei sie Energie aufnehmen oder abgeben. Das Erstaunliche an diesen »Wechseln« ist jedoch , dass der Weg dieser Übergänge nicht nachvollziehbar ist. Elektronen halten sich nie zwischen den Bahnen auf, sondern springen quasi »geisterhaft« von einer Bahn auf eine andere. Das Bohr’sche Atommodell hat sich bisher als Erklärungsmodell für chemische Vorgänge und unsere »Alltagserscheinungen« bewährt. Doch es ist und bleibt auch nur ein Modell. Und so darf es uns nicht wundern, dass es durch die Erkenntnisse der Quantenphysik inzwischen einen grundlegenden Wandel erfuhr … Aber allein aus dem Bohr'schen Atommodell tauchen für den Anfang schon genügend Fragen auf. Reduzierten wir z.B. die Materie, aus der ein Mensch besteht, auf seine »festen« Kern-Bestandteile, so bliebe nicht einmal ein stecknadelkopfgroßes »Etwas« mit einem »Hauch« von Elektronenwolke. Da stellt sich die Frage, warum die Materie teilweise so fest wirkt, obwohl sie doch eigentlich nur aus viel »Nichts«, ein bisschen Kern und einigen Elektronen zu bestehen scheint. Aber was ist dieses »Nichts« im Atom, und woraus bestehen denn eigentlich die Teilchen? http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/55/Bohr-atom-PAR.svg/310px-Bohratom-PAR.svg.png IFSL-Arbeitsblätter für den sprachsensiblen Unterricht – Chemie © E. Langer 5/5
