EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-5: Modellbildung Ordnungszahl – Massenzahl – Elemente – Isotpe 9 9 Warum kann man Atome nicht sehen? Wir sehen mit Licht, das eine Wellenlänge von ca. 4 . 10 –7 – 7 . 10 –7 m hat. Dies ist die kleinste Struktur des Lichtes. Sie ist 100 bis 1000 mal so groß wie der Atomdurchmesser. Mit einer so viel gröberen Struktur kann man keine Infor- mationen aus einer feineren Struktur gewinnen. Eine Schallplatte kann auch nicht mit einem Hinkelstein an Stelle einer Diamantnadel abgespielt werden. Eine Abbildung atomarer Strukturen ist möglich, wenn man statt Licht Rönt- genstrahlung – wie es bei der Röntgenstrukturanalyse getan wird – verwen- det. Deren Wellenlänge ist etwa 1000 mal kleiner als jene von Licht. Diese Be- obachtungsform kann man allerdings nicht mehr als „Sehen“ bezeichnen. Da der Mensch für seine Vorstellung ein optisches Bild benötigt, machen wir uns ein Modell von den Atomen. Ein Modell ist ein vereinfachtes Bild der Wirk- lichkeit. Es gibt daher verschiedene Atom-Modelle. (Siehe historische Entwick- lung Seite 7) Je einfacher ein Modell, desto gröber gibt es die beobachtbaren Eigenschaften wieder. Je mehr Details es erklären soll, desto komplexer wird es. Ein Atommodell ist dann brauchbar, wenn es die beobachtete Eigenschaft erklären kann. Wir sprechen daher im Buch nicht vom Atom selbst, sondern von Atommodellen. Ordnungszahl und Massenzahl Da die Masse der Atome durch die Kernmasse bestimmt wird, werden Atome durch die Kernzusammensetzung charakterisiert. Dazu dienen zwei Zahlen (Abb. 9-1): Ordnungszahl (Kernladungszahl) Z ist die Zahl der Protonen im Atomkern. Zugleich ist sie in einem ungeladenen Atom auch eine Angabe für die Zahl der Elektronen in der Atomhülle. Massenzahl A ist die Zahl der Kernteilchen (Nukleonen), also der Protonen und Neutronen. Die Differenz A – Z gibt die Zahl der Neutronen an. Nuklid, Element, Isotope Nuklid nennt man ein genau definiertes Atom, Z und A sind festgelegt. Ein Element wird durch Z festgelegt. Zu einer bestimmten Ordnungszahl ge- hört ein bestimmtes Element, das durch das Elementsymbol beschrieben wird (Großbuchstabe und eventuell noch ein Kleinbuchstabe). Im Periodensystem (hinterer Buchdeckel) sind die Elemente nach steigender Kernladungszahl ge- ordnet, daher stammt der Begriff Ordnungszahl. Durch chemische Vorgänge lässt sich der Atomkern nicht verändern, daher sind Elemente chemisch nicht umwandelbar. Isotope sind die Nuklide zu einem Element. Sie besitzen dieselbe Ordnungs- zahl, unterscheiden sich aber in der Massenzahl, haben daher unterschiedli- che Neutronenzahlen. Isotope (griech.) bedeutet am gleichen Platz. Gemeint ist der Platz im Periodensystem. Isotope ist also ein Mehrzahlwort. Trotzdem wird vor allem in Medien auch der Einzahlbegriff Isotop verwendet, meist noch in Zusammenhang mit radioaktiven Atomen. Man sollte aber hier den richtigen Begriff Nuklid verwenden. Die meisten Elemente kommen in der Natur nicht als reine Nuklide vor, son- dern bilden ein Isotopengemisch. Das natürliche Isotopengemisch des Kohlen- stoffs auf der Erde besteht aus etwa 99% 12 C, 1% 13 C und Spuren des radioakti- ven Nuklids 14 C (Abb 9–2). Hier überwiegt ein Nuklid sehr stark. Beim Chlor (ca. 75% 35 Cl und 25% 37 Cl) ist dies nicht so ausgeprägt. Atommasse Die Atommasse M ist die Durchschnittsmasse des natürlichen Isotopengemi- sches eines Elements. Die Einheit ist u und die Atommasse ist im PSE (Perio- densystem der Elemente) abzulesen. Da bei Isotopengemischen die Atommasse als Durchschnittswert der Massen- zahlen berechnet wird, weichen die Atommassen meist von der Ganzzahlig- keit ab (Abb 9 –3). Cl .................. ca. 75 % 35 17 Cl .................. ca. 25 % 37 17 M = = 35,5 u 75 • 35 + 25 • 37 100 M (Cl) = 35,5 u Abb. 009–1: Kennzahlen eines Atoms Abb. 009–2: Natürliche Isotope des Kohlen- stoffs C 12 6 Massenzahl Ordnungszahl Elementsymbol Abb. 009–3: Berechnung der durchschnittlichen Atommasse von Chlor C 12 6 C C Neutronen Protonen 13 6 14 6 Berechne die Atommasse von Magnesium: 24 Mg 79% 25 Mg 10% 26 Mg 11% Üb Übung 9.2 Ergänze die Tabelle: Üb Übung 9.1 p + n 1 1 0 e – H S Au U 1 1 32 16 197 79 238 92 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv