24102002 Atombau, Gemische, Reinstoffe, Elemente
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Allgemeine Chemie 24.10.02 Rutherford (1871 – 1937) α-Partikel (He-Kerne; 2 Protonen, 2 Neutronen) > im Atom ist fast alle Masse im Kern konzentriert > das Atom ist „leer“ Durchmesser Atom: ~ 10-10m (Å) Durchmesser Kern: ~ 10-15m Rutherford’scher Streuversuch Im Jahre 1911 beschrieb der Naturwissenschaftler Ernest Rutherford ein Experiment zur Untersuchung des Atomaufbaus. Dabei beschoss er eine 0,004mm dicke Goldfolie mit α-Strahlen (Helium-Kerne). Dasselbe führte er mit einer Silber- und einer Kupferfolie durch. Rutherford stellte fest, dass der größte Teil der α-Teilchen geradlinig durch die Folie hindurch flog. Einige wurden seitwärts abgelenkt, beziehungsweise zur Strahlenquelle zurück geworfen. Aus diesen Beobachte schloss er folgende Annahmen die den Sachverhalt erklärten: 1. 2. In der Mitte eines Atoms befindet sich ein Atomkern, indem nahezu die gesamte Atommasse sowie die positive Ladung eines Atoms konzentriert ist. Nach der heutigen Vorstellung besteht der Atomkern aus Neutronen und Protonen. Dabei sind die Protonen die Träger der positiven Ladung und sie machen zusammen mit den Neutronen nahezu die gesamte Masse eines Atoms aus. Trotz der gleichsinnigen Ladung und der daraus resultierenden Abstoßung werden die Protonen im Kern zusammen gehalten. Der Grund dafür ist starke Kernkraft die den Atomkern zusammen hält. Dies ist eine fundamentale Kraftwirkung in der Natur, die stärker ist als die elektrostatische Abstoßung ist, aber nur eine geringe Reichweite besitzt. Die Elektronen eines Atoms nehmen fast das gesamte Volumen eines Atoms ein. Sie befinden sich außerhalb des Atomkerns und umkreisen diesen in schnellen Bewegungen. Damit ein Atom insgesamt nach Außen neutral ist, müssen die Anzahl der Protonen gleich der Anzahl der Elektronen sein. Der Durchmesser eines Atomkerns ist sehr gering und liegt in einer Größenordnung Seite 1 von 4 Allgemeine Chemie 24.10.02 400 pm (1 Picometer = 10-12m) und ist somit mehr als 100 000 mal größer als der Atomkern. Der größte Teil eines Atoms ist somit „leerer Raum“. Damit lässt sich auch erklären warum die meisten α-Teilchen die Folie ungehindert durchfliegen konnten. Die kleinen, leichten Elektronen können die wesentlich schwereren αTeilchen nicht ablenken. Nur wenn ein α-Teilchen in die Nähe des Atomkerns gerät wird er abgestoßen und von seinem geraden Weg abgebracht. In den seltenen Fällen eines direkten Zusammenstoßes von α-Teilchen mit dem Atomkern wird das α-Teilchen zurückgeworfen. Stabile Atomkerne enthalten in der Regel genauso viele bis 1 ½ mal so viele Neutronen wie Protonen. Teilchen Elektron Proton Neutron Masse (amu) 5,485799 · 10-4 1,007276 1,008664 Ladung (e) -1 +1 0 Ordnungszahl (Z) = Anzahl der Protonen Massenzahl (A) = Anzahl der Protonen (Z) + Anzahl der Neutronen (N) H: He: C: A = 1; A = 4; A = 12; N=0 N=2 N=6 Definition: Isotope sind Atom emit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenezahl. Wasserstoff: N = 0 Protium N = 1 Deuterium N = 2 Tritium A Z X z.B.: 126 C Atomgewicht: (amu, Dalton) 12 1 Dalton = 1 amu = 1/12 der Masse des Isotops 6 C = 1,6605 · 10-24g Bei schwereren Elementen tritt der so genannte Maßendeffekt auf, der Grund dafür ist Masse die als Kernbindungsenergie vorliegt (nach Einstein ist bekanntlich e = m · c²) Seite 2 von 4 Allgemeine Chemie 24.10.02 Materie heterogene Gemische Trennung homogene Gemische mit physikalischen Methoden homogene Gemische (Lösungen, veränderliche Zusammensetzung) Trennung mit physikalischen Methoden Verbindungen Reine Stoffe (feste Zusammensetzung) Trennung mit chemischen Methoden Elemente Klassifizierung von heterogenen Gemischen. Gasförmige Stoffe mischen sich immer homogen miteinander. Aggregatzustand der Phasen fest + fest Bezeichnung Beispiele Verfahren zur Phasentrennung Gemenge Granit Sand + Salz fest + flüssig Suspension flüssig + flüssig fest + gasförmig Emulsion Aerosol Malerfarbe, Schlamm Milch Rauch Sortieren, Sieben, Flotation, Scheidung nach Dichte, elektrostatische Trennung, Extraktion Sedimentieren + Dekantieren, Zentrifugieren, Filtrieren Zentrifugieren, Scheidetrichter Sedimentieren, Filtrieren, elektromagnetische Trennung Sedimentieren flüssig + gasförmig Aerosol Nebel, Schaum Seite 3 von 4 Allgemeine Chemie 24.10.02 Trennungsverfahren heterogener Gemische Chemische Bindung 1) kovalente Bindung (zwischen Nichtmetallen) 2) ionische Bindung (zwischen Metall und Nichtmetall) 3) metallische Bindung (zwischen Metallen) Seite 4 von 4
