Atomphysik NWA Klasse 9

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1 Atomphysik NWA Klasse 9 Atome wurden lange Zeit als die kleinsten Teilchen angesehen, aus denen die Körper bestehen. Sie geben den Körpern ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften. Heute wissen wir, dass Atome aus noch kleineren Teilchen bestehen: den Elementarteilchen!

2 Atom: Der Begriff Atom Atome sind Grundbausteine aller Körper. Der Name leitet sich vom griechischen átomos ab, was das Unzerschneidbare bedeutet (häufig auch übersetzt mit das Unteilbare ). Ein Atom ist die kleinste Einheit, in die sich Materie mit mechanischen oder chemischen Mitteln zerlegen lässt.

3 Die Entdeckung des Atoms Der griechische Philosoph Demokrit ( v. Chr.) war einer der ersten, die sich die Materie aus unteilbaren Grundbausteinen aufgebaut vorstellten. Diese Atome sollten ihrer Vorstellung nach bereits die Eigenschaften der aus ihnen aufgebauten Materie aufweisen.

4 Die Entdeckung des Atoms Erste experimentelle Hinweise darauf, dass die Materie tatsächlich aus kleinen Bausteinen aufgebaut ist, fanden sich erst Anfang des 19. Jahrhunderts. Damals stießen Chemiker wie John Dalton ( ) darauf, dass sich die chemischen Elemente nur in bestimmten ganzzahligen Verhältnissen miteinander zu Molekülen verbinden. John Dalton erklärte dieses Phänomen 1808 damit, dass die Elemente aus nicht mehr teilbaren, kleinsten Einheiten bestehen und griff für diese Teile den alten griechischen Begriff des Atoms wieder auf.

5 Die Entdeckung des Atoms Das Atome jedoch nicht unteilbar sind bewies 1897 der britische Physiker Joseph J. Thomson ( ). In seinen Experimenten mit einer Glühlampe konnte er zeigen, dass sich aus den Atomen kleinere, elektrisch geladene Teilchen herausschlagen lassen die Elektronen. Thomson stellte sich Atome als winzige, elastische Kügelchen vor, in denen Masse und positive elektrische Ladung gleichmäßig verteilt sind. Eingebettet in diese Masse sind, wie Rosinen in einem Kuchenteig, die punktförmigen, elektrisch negativen Elektronen.

6 Die Entdeckung des Atoms Doch schon 1911 zerstörte Ernest Rutherford ( ) dieses Bild. Um den Aufbau der Atome zu untersuchen, schoss er radioaktive Alphastrahlung auf Goldfolie. Dabei entdeckte der Physiker, dass die Masse in den Atomen keineswegs so gleichmäßig verteilt ist, wie von Thomson angenommen. Vielmehr konzentriert sich die Masse und auch die positive Ladung des Atoms auf einen winzigen Bereich, den Atomkern.

7 Die Entdeckung des Atoms Der dänische Physiker Niels Bohr ( ) postulierte, dass die Elektronen nur einige bestimmte Bahnen um den Atomkern einnehmen könnten und dass Übergänge zwischen diesen Bahnen nur in Sprüngen möglich seien. Diese Postulate lassen sich nicht aus der klassischen Physik herleiten sondern ausschließlich durch die Übereinstimmung des sich daraus ergebenden Bohrschen Atommodells mit den experimentellen Beobachtungen.

8 Die Entdeckung des Atoms Das bohrsche Atommodell Beispiel: Wasserstoff: Das einfachste Atom! Größere Atome besitzen auch Neutronen im Atomkern.

9 Die Entdeckung des Atoms Das Periodensystem der Elemente zeigt uns den Aufbau der Atome: Ordnungszahl = Anzahl der Protonen im Kern / Anzahl der Elektronen Reihe = Anzahl der Elektronenschalen des Atoms

10 Chemisch sind Atome eines Stoffes gleich! Das ist aber in der Physik nicht richtig!

11 Isotope Deuterium und Trizium bezeichnet man als schweres Wasser. Warum ist ihre Masse größer als die von einfachem Wasserstoffatomen? Wasserstoff: 1 Proton im Atomkern Deuterium: 1 Proton und ein Neutron im Atomkern Trizium: 1 Proton und 2 Neutronen im Atomkern Chemisch verhalten sich alle 3 Atome gleich. Es sind Wasserstoffatome!

12 Isotope Isotope sind Atome mit gleichen chemischen Eigenschaften, aber verschiedenen physikalischen Eigenschaften. Insbesondere unterscheiden sie sich in der Masse des Atomkerns! Isotope haben die gleiche Anzahl Protonen und Elektronen, sie unterscheiden sich im Aufbau durch die Anzahl der Neutronen! Beispiel: Es gibt 2 Isotope des Kohlenstoffs: Kohlenstoff 12 hat 6 Neutronen, Kohlenstoff 14 hat 8 Neutronen!

13 Isotope Kohlenstoff 12: 12 Schreibweise: 6 C Merkmal: 12 Teilchen im Kern, 6 Protonen und 6 Neutronen Kohlenstoff 14: 14 Schreibweise: 6 C Merkmal: 14 Teilchen im Kern, 6 Protonen und 8 Neutronen

14 Begriffe: Isotope Kernladungszahl Z: Anzahl der geladenen Teilchen (Protonen) im Kern! Entspricht der Ordnungszahl! Massenzahl M: Anzahl aller Teilchen im Atomkern! Entspricht der relativen Atommasse! Neutronenzahl N: Anzahl der Neutronen im Atomkern! Berechnung: N=M-Z Isotopenschreibweise: Massenzahl Kernladungszahl Element

15 Was werden wir weiter untersuchen? Welche unterschiedlichen Eigenschaften haben Isotope? Was ist radioaktive Strahlung? Wie entsteht sie? Welche Wirkung hat Strahlung? Wie können wir Strahlung auch nutzbringend verwenden? Verwendung radioaktiver Isotope!