Atomaufbau nach Rutherford - Lehrgang - kienzlers

Rutherfords Streuversuch 1911
Alphastrahlen
Goldfolie
Bleiblock
mit Radium
Leuchtschirm
Im Jahre 1911 führte der englische Physiker Sir Ernest Rutherford folgenden Versuch
durch: In einem Bleiblock befand sich radioaktives Radium, das positiv geladene
Alphastrahlung aussandte. Die Strahlung lenkte er auf hauchdünnes Blattgold. Auf dem
Leuchtschirm konnte er auftreffende Strahlung beobachten.
Ergebnisse und Deutungen aus dem Versuch:
1. Genaue Messungen ergeben, dass nur ein winziger Teil der Strahlung abgelenkt wird,
der größte Teil durchdringt die Goldfolie ungehindert.
2. Die Strahlung wird abgelenkt, wenn sie sich einem zentralen Bereich innerhalb eines
Goldatoms nähert. Dieser Bereich wird als Atomkern bezeichnet. Er enthält positive
Ladung. Dort befinden sich auch die positiv geladenen Protonen (p+).
3. In der Atomhülle halten sich negativ
geladene Elektronen auf (e-). Diese
bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit
um den Atomkern, damit sie nicht in den
Kern fallen. Aufgrund der nach außen
wirkenden Neutralität eines Atoms gilt:
p+ n
n p+
e
Protonenzahl = Elektronenzahl
e
4. Später entdeckte man eine weitere
Atomkomponente im Atomkern, die
elektrisch neutralen Neutronen (n).
Heliumatom
Der Aufbau eines Atoms
In der Atomhülle halten sich
die
Elektronen auf
Im Atomkern
sind Protonen und
Neutronen
Die Komponenten Protonen, Neutronen und Elektronen sind zu einem wesentlichen
Anteil am Aufbau des Systems Atom beteiligt. Die Physiker wählten für diese
Komponenten den Begriff „Elementarteilchen“:
Ladung:
Abkürzung:
Atomkern:
-- Protonen
-- Protonen
-- Neutronen
-- Neutronen
positiv
neutral
+
p
n
Atomhülle:
Atomhülle:
-- Elektronen
-- Elektronen
negativ
e
Die Atome unterschiedlicher chemischer Elemente unterscheiden sich in ihrer Zahl der
Protonen und Elektronen:
Ein Atom des Elements Nr.1, Wasserstoff, besitzt 1 Proton und 1 Elektron
Ein Atom des Elements Nr.2, Helium, besitzt 2 Protonen und 2 Elektronen
Ein Atom des Elements Nr.3, Lithium, besitzt 3 Protonen und 3 Elektronen
usw.
Das Arbeiten mit dem Periodensystem
Im Periodensystem der Elemente (PSE) sind die chemischen Elemente nach der
Protonenzahl in aufsteigender Reihenfolge geordnet. Links nach unten versetzt neben
einem Elementsymbol steht die Ordnungszahl, bzw. die Elementnummer im
Periodensystem. Dabei gilt folgende Regel:
Ordnungszahl im PS = Protonenzahl = Elektronenzahl des Elements
Links nach oben versetzt neben dem Elementsymbol (oder darüber) steht die
sogenannte Massenzahl für das entsprechende Element. Oft wird die Massenzahl auch
rechts neben das Symbol mit einem Trennstrich geschrieben, z.B. Na-23. Die
Massenzahl ergibt sich aus der Summe der Protonen und der Neutronen:
Massenzahl = Protonenzahl + Neutronenzahl des Elements
Beispiel für das Element Nr. 11, Natrium:
links oben: Massenzahl =
Protonenzahl (11)
+ Neutronenzahl (12)
links unten: Ordnungszahl (11)
= Elektronenzahl (11)
= Protonenzahl
23
11
Na
Die Zahl der Neutronen ergibt sich durch folgende Rechnung:
Neutronenzahl = Massenzahl - Protonenzahl
2. Übungsbeispiel:
Das nebenstehende Element Nr. 9, Fluor, besitzt
die Ordnungszahl 9 und hat im Atomkern eines
Atoms 9 Protonen und in der Hülle 9 Elektronen.
Die Massenzahl beträgt 19. Dadurch ergibt sich
eine Neutronenzahl von 10. (19 - 9 = 10)
19
9
F
Übungsaufgabe:
Gib die Zahl der Protonen, Neutronen und Elektronen für die folgenden Atomsorten an
und vervollständige die Tabelle.
Periodensystem der Elemente (Nr. 1-18)
Hauptgruppen:
I
1
1
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
4
2
H
Wasserstoff
7
3
Li
Lithium
23
11
Helium
9
4
11
Be 5 B
Beryllium
24
Bor
27
Na 12 Mg 13 Al
Natrium
He
Magnesium Aluminium
Ordnungs- Atomzahl
sorte
12
6
C
Kohlenstoff
28
14
Si
Silicium
Protonenzahl
+
p
14
7
16
8
N
Stickstoff
31
15
Phosphor
19
9
Sauerstoff
32
16
P
O
S
Schwefel
Elektronenzahl
e
20
10
F
Fluor
35
17
Cl
Chlor
Ne
Neon
40
18
Ar
Argon
Neutronenzahl
n
1
H-1
1
1
0
2
He-4
2
2
2
3
Li-7
4
Be-9
5
B-11
6
C-12
7
N-14
8
O-16
9
F-19
Hinweis: Im PSE wird in der Regel nur die Ordnungszahl links neben dem Element
angegeben. Die sogenannte Atommasse ist nicht identisch mit der Massenzahl. Die
Atommasse bezieht sich auf ein Zwölftel der Masse eines Kohlenstoffatoms.