EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

1.1 Der Aufbau der Atome Kern-Hülle-Modell – Elementarteilchen 8 8 Das Kern-Hülle-Modell Der Engländer Ernest Rutherford (1871 – 1937) entwickelte 1911 aus Beobachtun- gen, wie der Ablenkung radioaktiver Strahlen beim Durchgang durch Materie, das noch heute gültige Kern-Hülle-Modell (Abb. 8-1). Die positiv geladenen  -Teilchen blieben nicht stecken, sondern passierten die etwa 2000 Atomlagen Gold prak- tisch unverändert. Nur einige wenige wurden abgelenkt oder reflektiert. Demnach besteht ein Atom aus einem kompakten Kern, in dem fast die gesamte Atommasse vereinigt ist, und aus einer lockeren, diffusen Atomhülle. Durch die Entdeckung der Elementarteilchen in der Physik lässt sich dieses Mo- dell heute sehr genau erklären. Für ein für die Chemie ausreichendes Atommo- dell benötigt man nur drei Teilchen: Proton , Neutron und Elektron . Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen, den Nukleonen . In der Hülle halten sich die Elektronen auf. Die Elementarteilchen im Kern liegen sehr dicht beisammen, vereinfacht kann man sagen, sie berühren einander. Daher ist der Kerndurchmesser sehr klein, er beträgt ca. 10 –15 – 10 –14 m. Die Elektronen der Hülle hingegen haben sehr große Abstände voneinander; die Hülle ist etwa 10 4 – 10 5 mal so groß wie der Kern, also beträgt der Durchmesser des Gesamtatoms etwa 10 –10 m (Abb. 8-4). Stellt man sich den Kern erbsengroß vor, so hätte in der Hülle bequem der Wie- ner Stephansdom Platz (Abb. 8-2). Eigenschaften der Elementarteilchen Ladung : Protonen und Elektronen sind die Träger der elektrischen Elementar- ladung. Ihre Ladung beträgt 1,602 . 10 –19 As. Alle Ladungen können nur Vielfache dieser Elementarladung sein. Daher genügt es in der Praxis die Ladung eines po- sitiven Protons mit +1 und die eines negativen Elektrons mit –1 anzugeben. Als Symbol verwendet man p + für die Protonen und e – für die negativen Elektronen. Bei elektrisch neutralen Atomen enthält der Kern gleich viele Protonen wie die Hülle Elektronen (Abb. 8–3). Neutronen sind ungeladen. Als Symbol verwendet man n . Sie bewirken den Zusammenhalt der positiven Protonen im Kern durch die sogenannte Kernbin- dungskraft. Diese überwiegt die Protonenabstoßung. Daher müssen alle Kerne - bis auf Wasserstoff - Neutronen enthalten. Für die Stabilität eines Atoms ist das Verhältnis Protonen zu Neutronen sehr wichtig. Bei einem ungünstigen Verhält- nis zerfällt er (siehe Kapitel 1.3 Radioaktivität). Masse : Protonen und Neutronen haben etwa die gleiche Masse. Diese beträgt etwa 1,67 . 10 –24 g. Die Elektronenmasse ist um ein Vielfaches geringer. Daher macht die Hüllenmasse nur etwa ein Viertausendstel der Gesamtmasse des Atoms aus und kann meist vernachlässigt werden. Da die Massen der Elementarteilchen sehr klein sind, ist die Angabe in Gramm oder Kilogramm unpraktisch. Man legte daher eine neue Masseneinheit fest, die atomare Masseneinheit 1 u (unit). 1 u = 1,66054 . 10 –24 g bzw. 1 g = 6,02214 . 10 23 u Sowohl Proton als auch Neutron besitzen eine ungefähre Masse von 1 u. Bleiblock - Strahler Goldfolie Film - Strahlen α α Abb. 008–1: Durchführung und Interpretation des Versuches von Rutherford Abb. 008–2: Größenverhältnis Kern/Hülle Abb. 008–4: Eigenschaften von Kern und Hülle etwa 500 nm – das sind ca. 2000 Gold-Atome -Strahlen Goldfolie α Abb. 008–3: Eigenschaften von Elementarteilchen Kern Hülle Durchmesser Elementar- teilchen Masse 10 –15 bis 10 –14 m p + , n fast gesamte Masse 10 –10 m e – fast masselos ≈ 0,04 ‰ Symbol Elementar- Ladung Proton Neutron Elektron ≈ 1 u ≈ 1 u ≈ 2 • 10 –3 u 1,6726 • 10 –24 1,6749 • 10 –24 9,109 • 10 –28 p + n e – +1 0 –1 Masse in „u“ in „g“ absolute Ladung +1,602 • 10 –19 0 –1,602 • 10 –19 Ein Atomkern enthält 13 p + . Wie viele Elektronen enthält das neutrale Atom? Ein Fluor Atom wiegt 19 u. Berechne die Masse des Fluoratoms in Gramm. Üb Übung 8.1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum es Verlags öbv