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1 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

2 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

3 John Dalton - Die Atomhypothese Materie, insbesondere die Gase, setzen sich aus kleinsten unteilbaren Teilchen, den Atomen zusammen. Die Unterschiedlichkeit der Elemente ergibt sich aus den spezifischen Eigenschaften der Atome, besonders der Masse und dem Volumen. Jede Verbindung besteht aus einer bestimmten Anzahl von Atomen. Die relativen Atommassen ergeben sich aus den Gewichtsverhältnisssen, in denen die Elemente zu Verbindungen zusammentreten und unter der Annahme möglichst einfacher Kombinationen. Die Atome der Gase sind kugelförmig und von einer Wärmehülle umgeben. John Dalton ( )

4 A new System of Chemical Philosophy by John Dalton (London )

5 Beobachtete Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen Gesetz der Erhaltung der Masse (Lavoisier 1785) Bei allen chemischen Vorgängen bleibt die Gesamtmasse der an der Reaktion beteiligten Stoffe konstant. Gesetz der konstanten Proportionen (Proust 1799) Eine chemische Verbindung bildet sich immer aus konstanten Massenverhältnissen der Elemente. Gesetz der multiplen Proportionen (Dalton 1803) Bilden zwei Elemente A und B mehr als eine Verbindung miteinander, dann stehen die Massen von A, die sich mit einer bestimmten Masse von B verbinden, in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander.

6 Daltonoide Verbindungen und feste Lösungen T-x Phasendiagramm Natrium (Na) Chlor (Cl) T-x Phasendiagramm Silber (Ag) Gold (Au) Na +1 Cl -1

7 Bertholloide Verbindungen Intermetallische Phasen T-x Phasendiagramm Niob (Nb) Chrom (Cr) Kristallstruktur von C15-NbCr 2

8 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

9 Die Elementarteilchen Name Symbol Ladung Ladung Masse Spin in C in e in kg Elektron e - -1, , /2 Proton p +1, , /2 Neutron n 0 0 1, /2

10 Die Entdeckung des Elektrons Joseph John Thomson ( ) Elektrische Entladungen in Gasen bei niedrigen Drücken Apparatur zur Bestimmung von e/m (1897)

11 Lehrmittelkatalog der Firma Pressler in Cursdorf aus dem Jahr 1928 Geißler sche Röhren: Edelgase

12 Die Ladung des Elektrons Robert Andrews Millikan ( ) Apparatur Millikans zur Messung der Ladung des Elektrons

13 Die Entdeckung des Protons Ernest Rutherford ( ) Apparatur zur Erzeugung von Wasserstoffkernen

14 Die Entdeckung des Neutrons James Chadwick ( ) Chadwicks Neutronenkammer

15 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

16 Atom als Pudding positiv geladene Materie Elektron Joseph John Thomson ( )

17 α -Streuung am Atom α -Teilchen Quelle Goldfolie Bleiabschirmung ZnS-Schirm Nebelkammer- Aufnahme

18 Der Aufbau des Atoms positiv geladene Materie Elektron Ernest Rutherford ( )

19 Beispiele chemischer Elemente Z Elementname Symbol Herkunft des Namens 1 Wasserstoff H hydro genes (gr.) wasserbildend 2 Helium He helios (gr.) Sonne 3 Lithium Li lithos (gr.) Stein 4 Beryllium Be beryllos (gr.) Beryll 5 Bor B buraq (ar.) Borax 6 Kohlenstoff C carbo (la.) Kohle 7 Stickstoff N nitron genes (gr.) salpeterbildend 8 Sauerstoff O oxys genes (gr.) säurebildend 9 Fluor F fluere (la.) fließen 10 Neon Ne neos (gr.) neu. 92 Uran U Uranus Name eines Planeten 93 Neptunium Np Neptun Name eines Planeten 94 Plutonium Pu Pluto Name eines Planeten. 103 Lawrencium Lr Lawrence Name eines Physikers Transactinoide

20 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

21 Nuklidkarte (Ausschnitt) Protonenzahl Neutronenzahl

22 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

23 Häufigkeit einiger Elemente Die häufigsten Elemente in der Lithosphäre in Gew.-% Die häufigsten Elemente in der Hydrosphäre in Gew.-% ,9 26,3 7,7 4,7 3,4 2,7 2,4 2 0,74 0,42 0,74 O Si Al Fe Ca Na K Mg H Ti Rest ,9 10,8 1,9 1 0,1 0,09 0,04 0,04 0,13 O H Cl Na Mg S Ca K Rest Die Zusammensetzung der Atmosphäre in Gew.-% ,51 23,16 1,28 0,05 N O Edelgase CO2

24 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

25 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

26 Zum Massendefekt Masse von 4 He als Summe der Massen der Elemtarteilchen 2 m p 2 1, u 2 m n 2 1, u 2 m e 2 m p + 2 m n + 2 m e 2 0, u 4, u Differenz von theo. und exper. bestimmter Masse von 4 He m( 4 He) 2 m p + 2 m n + 2 m e - m( 4 He) 4, u 0, u E = m c 2 = 0, , kg (2, m/s) 2 = 4, J = 28,3 MeV

27 Kernbindungsenergie pro Nukleon 0,01 0, O 56 Fe 0,008 4 He 0, C 235 U Energie in u 0,006 0,005 0,004 6 Li Fusion Spaltung 0,003 0,002 0,001 2 H Massenzahl

28 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

29 Zur Kernspaltung Otto Hahn ( ) Enrico Fermi ( ) Hiroshima-Bombe 20kt TNT (1945) Der erste Kernreaktor (1942)

30 Radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit ln m 0 m = ln N 0 N ln n 0 = n = k t N = N 0 e -kt τ = 2 k 1 τ C 5750y ( ) 6 = N/N Verbliebener Anteil Alter in Jahren t

31 Radioaktivität Marie ( ) und Pierre Curie ( ) Photoplatte von Antoine Henri Becquerel ( ) Das Laboratorium der Curies

32 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante

33 Das Mol Ein Mol ist die Zahl der Atome, die in 12 g des Kohlenstoffisotops 12 C enthalten sind. Ein Mol entspricht einer Teilchenzahl von: N A = mol -1 N A heißt Avogadro-Konstante (Loschmidt-Zahl N L ) Die Molmasse (g/mol) eines Elementes gibt die Masse eines Mols des Elementes an.

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