Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

Atome bestehen aus einem winzigen positiv geladenen Kern und einer negativ geladenen Hülle. Im Kern ist fast die gesamte Masse des Atoms enthalten. Die Atomhülle besteht aus negativ geladenen Elektronen. Die Atomhülle bestimmt die Größe und die chemischen Eigenschaften des Atoms. Atome sind im Allgemeinen insgesamt elektrisch neutral: Der Atomkern enthält positive Ladungsträger, die Protonen . Ihre Anzahl heißt Kernladungszahl oder Ordnungszahl Z . Die Hülle enthält genauso viele Elektronen wie der Kern Proto- nen. Zusätzlich enthält der Atomkern neutrale Teilchen, die Neutronen ( 76.1 ). Neutronen sind etwas schwerer als Protonen. (s. Physik 8) Kernladungszahl Z = Anzahl der Protonen im Kern = Anzahl der Elektronen in der Hülle des neutralen Atoms. Massenzahl A = Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern Hat ein Atom mehr (bzw. weniger) Elektronen in der Hülle als Protonen im Kern, so bezeichnet man es als negatives (positives) Ion . Chemische Elemente Im Alltag finden wir eine Fülle von Substanzen vor, aus denen die Welt besteht. Die Chemie konnte diese Vielfalt auf wenige Grundstoffe, die chemischen Elemente, zurückführen, die miteinander chemische Verbindungen bilden können. Welche Rolle dabei die Struktur der Atomhülle spielt, wurde erst mittels der Quanten- mechanik verstanden. Die Wechselwirkung zwischen den Atomhüllen bindet Ato- me zu Molekülen und ermöglicht neben Gasen und Flüssigkeiten auch Festkörper wie den nur aus Kohlenstoff bestehenden Diamantkristall. Es gibt rund 120 Grundstoffe, die chemischen Elemente. Aus diesen sind alle Substanzen aufgebaut. Untersuche, überlege, forsche: Wichtige chemische Elemente 76.1 S 2 Welche chemischen Elemente sind die wichtigsten? Unter welchen Gesichts- punkten kann man diese Frage überlegen? Finde diese Elemente im Periodensys- tem der Elemente. Alle Atomkerne eines chemischen Elements besitzen gleich viele Protonen. Sie können verschieden viele Neutronen enthalten und werden dann als Isotope des- selben Elements bezeichnet. Beispielsweise enthalten Kerne des Elements Kohlenstoff immer 6 Protonen, aber meist 6, selten 7 und sehr selten 8 Neutronen. Sie sind die Kohlenstoff-Isotope 12 C , 13 C und 14 C . (Die hochgestellte Zahl ist die Massenzahl A .) Im natürlich vorkommen- den Kohlenstoff ist 12 C mit 98,9% das häufigste Isotop. Die Atommasse und die Molekülmasse Zerlegt man Wasser ( H 2 O ) auf elektrolytischem Weg in seine chemischen Elemente Wasserstoff und Sauerstoff ( 76.2 ), so findet man: Die Masse des erzeugten Was- serstoffs verhält sich zur Masse des Sauerstoffs stets wie 1 : 8. Die Volumina ver- halten sich wie 2 : 1. Daraus schließt man: Es sind doppelt so viele Wasserstoffatome wie Sauerstoff- atome vorhanden. Die Masse eines Sauerstoffatoms ist daher 16-mal so groß wie die Masse eines Wasserstoffatoms. Im 20. Jh. wurde es möglich, die Massen der Atome mittels Massenspektrometern (s. Physik 8) zu messen. Da Massen einzelner Atome in der Einheit kg sehr klein sind, wurde die atomare Masseneinheit u als eigene Einheit definiert: Die atomare Masseneinheit u entspricht 1/12 der Masse eines 12 C-Atoms. u = 1,66 · 10 −27 kg. Atomkern Elektronenhülle 76.1 Atome bestehen aus dem Atomkern und den Elektronen der Hülle. Protonen und Neutronen bilden den Atomkern. Die Elektro- nen sind etwa 2 000-mal leichter als Protonen bzw. Neutronen und tragen zur Masse des Atoms vernachlässigbar wenig bei. 76.2 In der elektrolytischen Zelle wird Was- ser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, die sich als Gase oberhalb der Elektroden ansam- meln. An der Katode (–) entsteht Wasserstoff, an der Anode (+) Sauerstoff im Volumenver- hältnis 2 : 1. 76.3 Welche Elemente bauen deinen Körper auf? Welche sind für den Stoffwechsel wichtig? 76 WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv