Aufbau der Materie

2. Aufbau der Materie
Erde
…
Luft…
Feuer
Wasser…
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Richard P. Feynman
1918 – 1988
1965 Nobelpreis
“Alle Körper sind aus Atomen aufgebaut, aus
kleinen, sich ständig bewegenden Teilchen.
Wenn Atome einander zu nahe kommen,
wirken zwischen ihnen abstoßende Kräfte.
Entfernen sie sich etwas voneinander, so
treten anziehende
Kräfte auf.”
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Demokrit aus Abdera
um 460 – um 370 v. Chr.
“Nichts existiert als
die Atome und der leere Raum.”
Kapitel 2 Aufbau der Materie
• Historisch: Streit: Kontinuum - Kleinste Teilchen.
• Demokrit, 5. Jh. v. Chr.: Es gibt Atome
(atomos=unteilbar)
Er hatte ein mechanistisches Modell.
Atome müssen ausgedehnt und unteilbar sein.
• Aristoteles sah darin einen Widerspruch.
• Zu Beginn des 19. Jh. waren die chem.
Untersuchungsmethoden soweit gediehen, dass
sich quantitative Messungen durchführen ließen.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Aristoteles
384 – 322 v. Chr.
Feuer
trocken
heiß
Erde
Luft
kalt
feucht
Wasser
Kapitel 2 Aufbau der Materie
John Dalton
1766 – 1844
Gesetz von der Erhaltung der Masse:
Bei chemischen Reaktionen bleibt die
Gesamtmasse der Reaktionsteilnehmer
unverändert.
Gesetz der konstanten Proportionen: In einer chemischen
Verbindung sind die einzelnen Bestandteile stets in einem
bestimmten, charakteristischen Massenverhältnis enthalten.
Gesetz der multiplen Proportionen: Können zwei
Bestandteile mehrere chemische Verbindungen bilden, so
stehen die Mengen des einen Bestandteils, welche sich mit
ein und derselben Menge des anderen Bestandteils
verbinden können, im Verhältnis
Kapitel 2 Aufbau ganzer
der Materie Zahlen.
Zum Gesetz der konstanten Proportionen
z. B. 2g H2 + 16g ½O2 → 18g H2O
Zum Gesetz der multiplen Proportionen:
z. B. 63,54gCu + 16gO → 79,54 g CuO (Kupfer II – Oxid)
127,08gCu + 16g O → 143,08 g Cu2O (Kupfer I – Oxid)
John Dalton (1766 - 1844) sah in diesen Gesetzen den Beweis
für den atomaren Aufbau der Materie. Atome verbinden sich
zu Gruppen mit einheitlicher Struktur. → Verbindungen.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
AB
AB
A2B
A2B2
AB2
A2B3
A2B6
Kapitel 2 Aufbau der Materie
AB2
A2B5
Joseph John Thomson
1856 – 1940
„verschmierte“ positive Ladung
enthält Elektronen
„Rosinenkuchenmodell“
Rutherford: Beschuss mit -Teilchen
Erwartung: „leichte“ Ablenkung durch die Elektronen
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Ernest Rutherford
Streuversuche
Erwartung nach dem
Thomsonschen Atommodell
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Streuversuchsergebnisse
-Teilchen
radioaktives Präparat
in Bleimantel
ZnS-Schirm
Goldfolie
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Rutherford - Atommodell
Ernest Rutherford
1911
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.1 Das Atommodell
Die Atome sind keine massiven Kügelchen, sondern bestehen aus
einem positiv geladenem Kern und einer negativen Hülle. Die Masse
ist fast vollständig im Kern vereint. Die Hülle besteht aus negativ
geladenen Elektronen und bestimmt die Größe und die chem.
Eigenschaften des Atoms.
vgl. B.
(BW5)
S. 21
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Protonen (p+) und Neutronen (n)
nennen wir Nukleonen
Z ... Ordnungszahl = Anzahl der p
Die Atome sind meist neutral.
Daher Anzahl p+ = Anzahl der e-
Hat ein Atom ein oder mehrere e zuwenig oder zuviel. → ION.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.2 Begriffe:
Re lative Atommasse 
Masse des Atoms
12
1
Masse
des
6 C  Atoms
12
Relative Molekularmasse ist Summe der relativen Atommassen, die
diese Verbindung aufbauen.
Beispiel:
M H2O 
1 + 1 + 16 = 18
Atomare Masseneinheit: 1 u =
1
der Masse des
12
1u  mp  mn
1u = 1,6605402(10) · 10-27 kg
Kapitel 2 Aufbau der Materie
12
6
C - Atoms
Größe der Atome:
Größe des Kerns:
d  10-10 bis 5.10-10 m
d  10-15 bis 5.10-15 m
Massenzahl = Protonenzahl + Neutronenzahl
A = Z+N
( Nukleonenzahl)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Isotope:
Beispiel: Wasserstoff: Besteht aus 1p und 1e.
Es gibt aber auch Wasserstoff mit 1p +1n + 1e → schwerer Wasserstoff.
Schreibw eise:
Atome mit gleicher Protonenzahl, aber
unterschiedlicher Massenzahl bezeichnet man
als Isotope.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Massenzahl
12
C
6
Protonenzahl
Vgl. B. (BW 5) Seite 25
Die Isotope sind in sogenannten Isotopentafeln aufgeschrieben.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Mol –
Einheit der
Stoffmenge n
1 Mol ist gleich der
Stoffmenge, eines
Systems, das aus ebenso
vielen Teilchen besteht,
wie Atome in 12g des
Nuklids C-12 enthalten
sind.
1 Mol enthält stets
NA = 6,0221367(36).1023 mol-1
Teilchen
NA … Avogadro-Konstante
oder Lohschmidtsche Zahl
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Übungen: B. S. 27 , Aufgaben 1, 2, 5, 6
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.3 Das Periodensystem der Elemente
Ordnungszahl als Ordnungsprinzip
Perioden: Anzahl der Schalen
(Zeilen)
Hauptgruppen: Anzahl der e in der äußersten Schale. (Spalten)
vgl. B. (BW 5) S. 104
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Aufbau der Atome
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Ernest
Rutherford
Atomkern
Atomhülle
Niels
Bohr
bestimmte
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Bahnen
Erwin
Schrödinger
K-Schale
K-Schale voll
Wasserstoff
H: 1p 1e
Helium
He: 2p 2e
L-Schale
Lithium
Li: 3p 3e
Beryllium
Be: 4p 4e
Kapitel 2 Aufbau der Materie
I
II
Periodensystem
III
IV
V
VI
VII
VIII
K-Schale
H
L-Schale
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
M-Schale
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
N-Schale
K
Ca
He
Kr
Xe
O-Schale
Halogene
Alkalimetalle
Rn
Edelgase
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Ende
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Kleiner Ausschnitt
1
2
H
He
1,0079
3
4
5
6
7
8
9
4,0
10
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
6,9
11
9,0
12
10,8
13
12,0
14
14,0
15
16,0
16
19,0
17
20,1
18
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
23,0
24,3
27,0
28,1
31,0
32,1
35,5
39,9
Metalle
Nichtmetalle
Kapitel 2 Aufbau der Materie
1
I
2
II
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
III IV V VI VII VIII
H
He
Li Be
B
C
N
O
F
Na Mg
Al
Si
P
S
Cl Ar
K Ca Sc Ti
Rb Sr
Ne
V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te
Hf Ta W Re Os Ir
Pt Au Hg Tl
Fr Ra
Ac-Lr
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Uu
Pb Bi Po At Rn
Erdalkalimetalle
Alkalimetalle
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Xe
Edelgase
La-Lu
Halogene
Cs Ba
I
Periodensystem
H
He
Li Be
B
C
N
O
F
Na Mg
Al
Si
P
S
Cl Ar
K Ca Sc Ti
Rb Sr
Ne
V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te
Cs Ba
La-Lu
Hf Ta W Re Os Ir
Pt Au Hg Tl
Fr Ra
Ac-Lr
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Uu
I
Pb Bi Po At Rn
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Xe
Unter Alltagsbedingungen sind
Li Be
11 Elemente gasförmig
(H, N, O, F, Cl und die
Edelgase He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn),
B
C
N
O
F
Na Mg
2 Elemente flüssig (Br, Hg).
Al
Si
P
S
Cl Ar
H
K Ca Sc Ti
Rb Sr
He
Ne
V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te
Cs Ba
La-Lu
Hf Ta W Re Os Ir
Pt Au Hg Tl
Fr Ra
Ac-Lr
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Uu
I
Pb Bi Po At Rn
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Periodensystem der Elemente
Xe
2.4 Bindungsarten
Erarbeite aus dem Buch S. 24 die 3 Bindungsarten!
Metallbindung
Ionenbindung
Atombindung
Aufgaben 2 und 3 B (BW 5) S. 24
Lösungen:
A2:
Metallbindung: gute el. und Wärmeleitfähigkeit, Verformbarkeit
Ionenbindung: schlechte Leitfähigkeit, spröde, in Wasser löslich dann leitfähig
Atombindung: schlechte Leiter, sehr häufig in Form von Kristallen
meist hart
A3:
NH3 ... Atombindung
Na2O ... Ionenbindung
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Atombindung
Nichtmetall–Nichtmetall
Moleküle
z.B.:
Wasser
Riesenmoleküle
Kristallgitter
z.B.: Diamant
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Ionenbindung
Nichtmetall–Metall
negatives Nichtmetallion
Kapitel 2 Aufbau der Materie
positives Metallion
Metallbindung
positiver Atomrumpf
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Elektronengas
Metall–Metall
Isolator - Metalle
Isolator
kein Stromfluss in
Ionenkristallen
Metalle
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Van-der-Waals-Kräfte
Molekül–Molekül
+
–
–
+
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Schneekristalle
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.5 Stabile und instabile Kerne - Radioaktivität
• Die Bindung von e- an den Atomkern kann durch das Wirken der
elektrischen Kräfte erklärt werden.  el. WW
• Zwischen den Nukleonen wirken die Kernkräfte (Starke WW). Diese
haben nur eine geringe Reichweite (10-15 m) (Kräfte zwischen den
Quarks).
• verschiedene Atome können ohne äußere Einwirkung Teilchen
aussenden.  Radioaktivität.
• Sie wurde 1896 von Henri Becquerel zufällig entdeckt. Ein
Urankristall in der Nähe einer Fotoplatte schwärzte diese.
Becquerel erhielt zusammen mit M. Curie und Pierre Curie 1903 den
Nobelpreis für Physik.
210
226
• Madame Curie wies 1898 nach, dass es sich dabei um 88 Ra und 84 Po
in der Uranerzblende handelte.
• Die Aktivität eines radioaktiven Stoffes wird in Becquerel angegeben.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
1896
Henri Becquerel
Radioaktivität
Kapitel 2 Aufbau der Materie
1898
Marie und
Pierre Curie
Polonium 84Po
Radium 88Ra
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Viktor Franz Hess
(1883 – 1964)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Einheit für den radioaktiven Zerfall
• 1 Becquerel = 1 Zerfall pro Sekunde
(1Bq = 1 s-1 )
• alte Einheit: 1 Curie = 3,7∙1010 Bq (1Ci)
• 1 Ci entspricht der Aktivität von 1 g
Radium
Führe Aufgabe A1 auf Seite 29 aus!
Kapitel 2 Aufbau der Materie
A1 Seite 29 Basiswissen 5RG
Lebensmittel
Lebensmittel
GrenzGrenzwert
wert nCi/l
nCi/l
In Bq/l
Bq/l
In
bzw.
bzw.
Bq/kg
Bq/kg
Milch
Milch
0,3nCi/l
0,3nCi/l
11,1
Schweine- u.
Schweineu.
Geflügelfleisc
Geflügelfleisch
h
Rindfleisch
Rindfleisch
5nCi/kg
5nCi/kg
185
16nCi/kg 592
Kapitel 2 Aufbau der Materie
DurchDurchschnittsschnittswert in
in
wert
nCi/l /kg
nCi/l
In
In
Bq/l
Bq/l
bzw.
bzw.
Bq/kg
Bq/kg
0,1 nCi/l
nCi/l 3,7
0,1
0,25
0,25
nCi/kg
nCi/kg
0,75
0,75
nCi/kg
nCi/kg
9,25
27,75
2.6 Strahlenarten
2.6.1  - Strahler
=
4
2
He 
ist ein Heliumkern
Beim -Zerfall findet eine Kernumwandlung statt.
Beispiele:
226
88
238
92
241
95

222
Ra 
86 Rn

U
Th
234
90

237
Am
93 Np
Kapitel 2 Aufbau der Materie
α-Zerfall:
A
Z
X
A4
Z 2
Y
Versuche mit
241
95
Am
 = 432,6 a
(Schwarze Hülse)
• Messung des Leerwerts
– Messdauer: t = 60s
Messung 1
2
3
Impulse
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Mittelwert
241
Versuche mit 95
Am
 = 432,6 a
(Schwarze Hülse)
Reichweite von -Strahlern(Am-241 ) und Abschirmmöglichkeit
Bei der jeweiligen Entfernungseinstellung einmal ohne, das zweite Mal mit einem Blatt
Papier messen.
Messdauer: t = 10s
Entfernung in
cm
Impulse
Impulse ohne
Leerwert
Abschirmung
mit Papier
1,1
1,2
1,3
Kapitel 2 Aufbau der Materie
1,4
1,5
Versuche mit 241 Am
(Schwarze Hülse)
95
 = 432,6 a
Ergebnis:
• Die Reichweite ist sehr gering. In Luft einige
cm.  - Strahlen können bereits mit einem
Blatt Papier abgeschirmt werden.
• Sie sind trotzdem sehr gefährlich, weil sie
stark ionisierend wirken.
• Bemerkung: Die noch auftretende Reststrahlung
rührt von der -Strahlung her.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.6.2 ß--Strahler
(grüne Hülse)
85
85
Kr

36
37 Rb
 ß    
HWZ: 10,76a /(4,48h)
.
 ... Antineutrino, entsteht infolge der schwachen
Wechselwirkung.
Reichweite von ß--Strahlern:
Messdauer: t = 10s
Entfernung in cm 5
10
20
Impulse
Impulse ohne
Leerwert
Kapitel 2 Aufbau der Materie
30
50
Reichweite von ß--Strahlern:
Ergebnis:
Noch in 50 cm haben wir erhöhte
Strahlung, die Reichweite der ß- Strahler beträgt etwa 2 m - 3m.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Strahlenkegel:
• Messdauer: t = 10s
• Abstand Quelle Zählrohr ca. 14cm
Winkel in
Grad
Impulse
-45°
-30°
-15° 0° 15° 30° 45°
Ergebnis: Die ß- - Strahlen breiten sich in einem
Strahlenkegel aus.
Am intensivsten zwischen -15° und 15°.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Ablenkung von ß--Strahlen mit Magnet
• Messdauer: t = 10s
• Abstand Quelle Zählrohr ca. 14cm
Winkel in
Grad
Impulse
-45°
-30°
-15° 0° 15° 30° 45°
Ergebnis: Die ß- - Strahlen lassen sich in einem
Magnetfeld ablenken.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Absorption von --Strahlen durch Plastikfolien:
Messdauer: t = 10s
Abstand Quelle Zählrohr: 10cm
Anzahl Folien
Impulse
1
2
3
4
5
6
7
Impulse ohne
Leerwert
Zeichne ein Diagramm:
senkrecht:Impulse;
waagrecht: Anzahl Folien
Ergebnis: ß- - Strahler lassen sich durch Folien
abschirmen. (auchKapitel
durch
Plexiglas und Metalle)
2 Aufbau der Materie
8
2.6.3 -Strahlen
• Ihre Strahlung ist ähnlich dem Licht , aber
nicht sichtbar und viel durchdringender.
• Ihre Aussendung erfolgt in Form von
"Energieportionen" "Quanten".
• Beispiele:
60
60
27 Co  28 Ni

ß   
137
137

137
Aufbau
ß derMaterie
 56 Ba
Kapitel 2
55 Cs  56 Ba

Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:
• Messdauer: t = 10s
• Abstand Quelle Zählrohr: 5cm
Schichtdicke
Pb [mm]
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20
Impulse
Diagramm:
senkrecht:Impulse;
waagrecht: Schichtdicke von Blei
Ermittle die Halbwertsdicke: (Dicke, bei der die Strahlung
auf die Hälfte des Wertes abgesunken ist.)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:
• Messdauer: t = 10s
• Abstand Quelle Zählrohr: 5cm
Schichtdicke
Pb [mm]
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20
Impulse
99 92 75 68 64 52 49 42 41 32 32
Diagramm:
senkrecht:Impulse;
waagrecht: Schichtdicke von Blei
Ermittle die Halbwertsdicke: (Dicke, bei der die Strahlung
auf die Hälfte des Wertes abgesunken ist.)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:
Impulse
Halbwertsdicke
• Ermittle die
Halbwertsdicke
.
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
• Sie beträgt hier
etwa 12 mm.
0
5
10
15
20
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Dicke der Bleiplatten
in mm
Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:
Ergebnis: Die Halbwertsdicke bei Co-60
beträgt ca. ….. mm.
Folgerung: Die -Strahlen sind aufgrund
ihrer großen Durchdringungsfähigkeit und
ihrer großen Reichweite sehr gefährlich,
da sie auch schwer abschirmbar sind.
Die Intensität der -Strahlung
(Dosisleistung), sinkt mit dem Quadrat der
Entfernung von der Quelle.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Der radioaktive Ballon
Versuch:
Ein Ballon (nicht aufgeblasen) wird unter einen Geigerzähler gelegt.
Ergebnis 1: Die Impulsanzahl entspricht etwa früheren
Messungen des Leerwerts.
Der Luftballon wird aufgeblasen und durch Reiben an Schafwolle oder
fettfreiem Kopfhaar elektrisch geladen. Anschließend wird er so
aufgehängt, dass er sich nicht durch Kontakt mit leitenden Objekten
entladen kann.
Ergebnis 2:
Nach einiger Zeit (10 Minuten bis 2 Stunden) wird der Ballon
ausgelassen. Mit dem Geigerzähler lässt sich jetzt eine wesentlich
über der Leerrate liegende Aktivität auf der Ballonhaut nachweisen.
Das elektrische Feld ließ Ionen der Tochterprodukte des Radon zum
Ballon wandern.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Tochterprodukte des Radon
T1/2
Zerfall
Energie
Rn-222
3,8 d
α
5.5 MeV
Po-218
3 min
α
6,0 MeV
Pb-214
26,8 min
ß-
0,7 MeV (γ)
Bi-214
19,9 min
ß-
1,5 MeV (γ)
Po-214
164 µs
α
Pb-210
22 a
ß-
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.7 Bilden von Arbeitsgruppen
• Kosmische Strahlung (S. 31, A1) (Folie B 2.11)
• Halbwertszeit ( S. 32 + (Folie B 2.12/1+2 ) (A 2
u. A3)
• Radiocarbonmethode und radiometrische
Altersbestimmung (S. 33) (A1, A2 S 33)
• Strahlenquellen und Strahlenschutz (S. 34)
(Folie B 2.13) A2 u. A3
• Isotopentafel erklären
• Fundamentale Wechselwirkungen B. S. 35
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Entstehung von C-14
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Glühstrümpfe
Zunächst benutzte Carl Auer von Welsbach Magnesium-Oxide,
Zirconiumdioxid, dann Lanthan, Yttrium und PraseodymVerbindungen. Sie alle weisen ein mäßiges Absorptionsvermögen im
sichtbaren Bereich auf und produzieren nur ein braunweißes
Leuchten. Der Durchbruch gelang ihm mit Ceroxid, zusammen mit
Thoriumdioxid zur Stabilitätsverbesserung. Die Zusammensetzung
von 1 Prozent CeO2 und 99 Prozent ThO2 wurde erst vor wenigen
Jahrzehnten durch eine Mischung aus Yttriumoxid und Ceroxid
abgelöst, um auf das leicht radioaktive ThO2 verzichten zu können.
Th 232 ist ein -Strahler 1,4∙1010 a
Ce (Ordnungszahl 58) hat mehrere stabile Isotope
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Radiotoxizität [Bearbeiten]
Das Thoriumisotop 232Th ist mit seiner Halbwertszeit von 14,05 Mrd.
Jahren noch wesentlich schwächer radioaktiv (geringere Dosisleistung)
als Uran, da durch die längere Halbwertszeit weniger Zerfälle pro
Sekunde stattfinden und auch die Konzentration der kurzlebigen
Zerfallsprodukte geringer bleibt.
Thorium ist ein α-Strahler und aufgrund dieser Strahlungsart gefährlich
bei Inhalation und Ingestion. Metall-Stäube und vor allem Oxide sind
aufgrund ihrer Lungengängigkeit radiotoxisch besonders gefährlich und
können Krebs verursachen. Beim Lagern und Umgang von bzw. mit
Thorium und seinen Verbindungen ist auch die stetige Anwesenheit der
Elemente aus der Zerfallsreihe zu beachten. Besonders gefährlich
sind starke Beta- und die mit einem hohen 2,6 MeV-Anteil sehr
energiereichen und durchdringungsfähigen Gammastrahler.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Die Zerfallsprodukte des natürlich vorkommenden
Thoriums-232 sind in folgender Reihenfolge:
Radium 228Ra (Halbwertszeit 5,75 a),
Actinium 228Ac (6,15 h),
Thorium 228Th (1,9116 a),
Radium 224Ra (3,66 d),
Radon 220Rn (55,6 s),
Polonium 216Po (0,145 s),
Blei 212Pb (10,6 h),
Bismut 212Bi (60,55 min),
daraus zu 64 % Polonium 212Po (3·10−7 s) und
zu 36 % Thallium 208Tl (3,053 min),
aus beiden stabiles Blei 208Pb.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Zerfalls
energie
MeV
Thorium-Isotope
HWZ
227Th
in Spuren
18,72 d
α
6,146
223Ra
228Th
in Spuren
1,9131 a
α
5,520
224Ra
229Th
{syn.}
7880 a
α
5,168
225Ra
α
4,770
226Ra
β−
0,389
231Pa
α 10−8%
4,213
227Ra
α
4,083
228Ra
230Th
231Th
in Spuren
in Spuren
75.380 a
25,52 h
SF 10−11%
232Th
100 %
1,405 · 1010 a
233Th
{syn.}
22,3 min
β−
1,245
233Pa
234Th
in Spuren
24,10 d
β−
0,273
234Pa
SF 10−9%
Syn = synthetisch hergesetllt
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Titel: Strahlenschutz
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Aktivität, Ionendosis
Aktivität einer Strahlungsquelle =
Anzahl der Zerfälle pro Sekunde
Einheit: 1Becquerel=1Bq=1s–1
Ionendosis =
Betrag der elektrischen Ladungen gleichen
Vorzeichens, die pro Kilogramm des
bestrahlten Körpers erzeugt werden.
Einheit: 1C/kg
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Energiedosis =
pro Kilogramm absorbierte
Strahlungsenergie
Einheit: 1Gray=1Gy=1J/kg
Äquivalentdosis =
Energiedosis · Qualitätsfaktor
Einheit: 1Sievert=1Sv=1J/kg
Strahlenart
Röntgenstrahlung
RBW
1
-Strahlung
-Strahlung
langsame
Neutronen
1Kapitel 2 Aufbau
1 der Materie3
schnelle
Neutronen
-Strahlung
10
20
effektive Dosis in Sv
0 bis 0,5
0,5 bis 1
1 bis 2
ab 4
ab 6
über 7
über 10
über 100
Strahlenwirkungen
Ohne größeren diagnostischen Aufwand keine unmittelbar
nachteiligen Wirkungen feststellbar, aber Schwächung des
Immunsystems,
Veränderungen des Blutbilds, Hautrötungen, vereinzelt
Übelkeit, Erbrechen, sehr selten Todesfälle,
nachteilige Wirkungen auf das Knochenmark, Erbrechen,
Übelkeit, schlechtes Allgemeinbefinden, etwa 20%
Sterblichkeit,
schwere Einschränkungen des Allgemeinbefindens sowie schwere
Störungen der Blutbildung, die Infektionsbereitschaft ist stark
erhöht, 50%ige Sterblichkeit,
neben den genannten schweren Störungen treten gastrointestinale
Symptome auf, die Überlebensrate ist nur noch sehr gering,
nahezu 100 %ige Sterblichkeit,
zusätzlich Schädigung des ZNS, bis hin zu Lähmungen,
schneller Tod durch Ausfall des ZNS (Sekundentod).
Symptome bei einem Menschen, der einer kurzzeitigen Ganzkörperbestrahlung ausgesetzt war.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Kosmische
Strahlung
Atmung
Künstliche
Strahlung
Grundwasser
Nahrungsmittel
Bodenstrahlung
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Radioaktive
Elemente im Menschen
Schilddrüse
Jod 129
Jod 131
Lunge
Krypton 85
Radon 222
Uran 233
Plutonium 239
Muskel
Kalium 42
Caesium 137
Milz
Leber
Polonium 210
Kobalt 60
Tellur 132
Plutonium 239
Knochenmark
Strontium 90
Ruthenium 106
Nieren
Hoden
Ruthenium 106
Tritium 3
Eierstöcke
Knochen
Kalium 42
Kobalt 60
Zink 65
Ruthenium 105
Jod 131
Caesium 137
Barium 140
Plutonium 239
Kohlenstoff 14
Phosphor 32
Zink 65
Strontium 90
Barium 140
Promethium 147
Radium 226
Thorium 234
Plutonium 239
Haut
Schwefel 35
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Strahlenfrühwarnsystem
340 automatische Messstationen zur Messung der Ortsdosisleistung
(-Strahlung)
10 Luftmonitore zur Messung der bodennahen Luft in Grenznähe
(-, - und -Strahlung)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Direktverbindung zu ausländischen Strahlenfrühwarnsystemen
Ende
Übersicht
Gravitation (Massenanziehung, Schwerkraft)
Elektromagnetische Wechselwirkung
Starke WW
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Schwache WW
Konstruieren von Begriffsnetzen mit Concept Mapping
Den Schülerinnen und Schülern werden Begriffe zu einem
Themengebiet vorgegeben.
In Gruppenarbeit (ca. 4 Schüler/innen) sollen sie diese Begriffe in ein
Begriffsnetz bringen.
Die Schüler schreiben jeden dieser Begriffe auf einen Zettel eines
Haftnotizblocks. Diese Zettel kleben sie auf ein Packpapier und
versuchen nun Beziehungen zwischen den Begriffen herzustellen. Dies
deuten sie durch Pfeile, die von einem zum anderen Begriff führen, an.
Zusätzlich schreiben sie die Art der Beziehung zu diesem Pfeil.
Es sollten möglichst viele Verbindungen hergestellt werden, dabei
sollten sich nicht zu viele Pfeile kreuzen. Eventuell müssen die
Begriffe umgeordnet werden. Die Pfeile und die Beschriftung sollte
man vorerst mit Bleistift durchführen, damit sich Korrekturen leichter
durchführen lassen.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Wenn das Concept Map „fertig“ ist (nach Diskussion mit dem
Lehrer oder Korrektur), ist es günstig, dieses nochmals auf ein DIN
a 4 Blatt zu zeichnen, damit man es kopieren kann und alle
Gruppenteilnehmer das Ergebnis zum Lernen mitnehmen können.
Ordne folgende Begriffe einander zu!
Elektronen
Energiestufen (Schalen)
Atomhülle
chem. Verhalten
Neutronen
Nukleonen
Isotope
Atom
Ordnungszahl
Protonen
Massenzahl
Periodensystem
Modell
Atomkern
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Radioaktiver Zerfall
HWZ
Menge in %
0
100
1
50
2
25
3
12,5
4
6,25
5
3,125
6
1,5625
7
0,78125
8
0,390625
9
0,1953125
10
0,09765625
11
0,04882813
Menge in %
Halbwertszeit
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
Halbwertszeiten
Kapitel 2 Aufbau der Materie
6
7