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Atome - 3.Version - Referat
Referat über Atome
Kristina Wohlers !!!! Klasse 10.2
aus dem gr. von atomos - unteilbar; unteilbarer Urstoff.
Der Philosoph Demokrit nahm schon vor 2000 Jahren an, daß alle Materie aus kleinsten, nicht mehr teilbaren Teilchen bestehe. 1803 wurde diese Atomtheorie vom Engländer John Dalton erweitert. Er entdeckte, daß es Stoffe gibt, die nur aus einer Atomsorte bestehen. Man nennt sie chem. Elemente ( z.B. Gold, Sauerstoff und Eisen ). Die Atome haben unterschiedliche Massen.
Heute findet man häufig folgende Definition des Atombegriffs:
"Ein Atom ist der kleinste Baustein eines chem. Grundstoffes oder Elements, der ohne Verlust der typischen Eigenschaften dieses Elements nicht mehr geteilt werden kann."
Um ein Beispiel zu nennen wie groß Atome sind:
a) Alle 5 Milliarden Menschen die z.Zt. auf der Erde leben, würden, wenn ein Mensch so groß wie ein Atom wäre, eine etwa 50 cm lange Kette bilden.
oder
b) Wenn der Atomkern die Größe einer Kirsche hätte, dann wäre ein ganzes Atom so groß wie der Kölner Dom.
1913 entwickelte der dänische Physiker Nils Bohr ein neues Atommodell, das auch heute noch der Wirklichkeit sehr nahe kommt. Danach ist ein Atom ähnlich aufgebaut wie ein Sonnensystem, d.h. um den massereichen Atomkern kreisen in großem Abstand die Elektronen.
Das Atombild:
Ein Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle. Dabei ist der Kern positv und die Hülle negativ geladen. Dabei trägt der Atomkern fast die gesamte Masse des Atoms. Er ist aufgebaut aus Protonen und Neutronen, die jeweils fast 2000 mal schwerer sind als die Elektronen, aus der die Atomhülle besteht.
Das Proton hat die positive elektrische Ladung, die den gleichen Wert besitzt wie die negative des Elektrons. Das Neutron jedoch ist elektrisch neutral. Den Wert der elektrischen Ladung des Protons oder Elektrons nennt man Elementarladung.
Protonen und Neutronen werden oft zusammenfassend als Nukleonen bezeichnet und bestehen ihrerseits aus noch kleineren Teilchen, den Quarks.
Aufbau der Nukleonen:
Protonen = 2 u-Quarks + 1 d-Quark ( 2/3 + 2/3 - 1/3 = +1 )
Neutronen = 2 d-Quarks + 1 u-Quark ( - 1/3 - 1/3 + 2/3 = 0 )
Die Menschen, die Erde, das ganze Milchstraßensystem sind praktisch aus drei Grundbausteinen aufgebaut:
u-Quarks, d-Quarks und Elektronen.
Beispiel:
Ein 30-kg schweres Kind besteht aus:
2.8 * 10^28 u-Quarks, 2,6 * 10^28 d-Quarks und 10^28 Elektronen, wobei 10^28 eine 1 mit 28 Nullen ist.
Die Quarks bilden Nukleonen, diese schließen sich zu Atomkernen zusammen.
Kerne und Elektronen vereinigen sich zu Atomen, diese fügen sich zu kleinen oder riesigen Molekülen wie Wasser oder Eiweiß zusammen. Milliarden von Molekülen bilden unsere Körperzellen, von denen ein Mensch viele Billionen besitzt.
Quarks
Lange Zeit glaubte man, daß die Nukleonen "Elementarteilchen", ähnlich wie das Elektronen nicht mehr teilbar seien und auch keine innere Struktur hätten. Sie sind jedoch aus noch kleineren Teilchen, den sogenannten "Quarks" aufgebaut. Sie kommen in der Natur nie als freie unabhängige Teilchen vor. Heute kennt man sechs verschiedene Quarks. Die zwei, für die normale, stabile Materie wichtigen sind:
Drei Quarks bilden jeweils ein Nukleon.
Die jeweiligen elektrischen Ladungen:
u-Quark = + 2/3
d-Quark = - 1/3
Elektron = - 1
Isotope
Die Atome eines Elements haben alle die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen, können sich trotzdem aber voneinander unterscheiden. Sie haben dann im Kern unterschiedliche Neutronenzahlen. Allgemein bezeichnet man Atome mit gleicher Protonenzahl aber unterschiedlicher Neutronenzahl als Isotope eines bestimmten Elements. Uran kommt in der Natur z.B. mit 234, 235 und 238 Nukleonen vor. Urankerne besitzen alle 92 Protonen. Die 3 Uranisotope haben daher 142 ( 234 - 92 ), 143 und 146 Neutronen in ihren Atomkernen. Man bezeichnet sie als U-234, U-235 und U-238.
Die Gesamtzahl der Nukleonen eines Isotops wird als Massenzahl, die Zahl der Protonen als Ordnungszahl oder Kernladungszahl bezeichnet. U-235 hat also die Massenzahl 235 und die Ordnungszahl 92.
Gleichnamige Ladungen stoßen sich bekanntlich ab, ungleiche ziehen sich an. So halten die positiven Atomkerne die negativen Elektronen fest und zwingen sie auf ihre Kreisbahnen. Da die meisten Atomkerne aus mehreren Protonen bestehen, müßten sie daher eigentlich zerplatzen. Wie ist es z.B. möglich, daß beim Kohlenstoffkern 6 positive Protonen auf engstem Raum zusammenbleiben? Das liegt daran, daß zwischen den Nukleonen eine noch viel größere Kraft, die sog. Kernkraft wirkt, allerdings nur, wenn die Nukleonen einen sehr kleinen Abstand voneinander haben.
Kern-Hülle-Modell nach RUTHERFORD
Abbildung 3
Das Be-Atom nach dem Kern-Hülle-Modell von Rutherford. Im Atomkern befinden sich vier positive Ladungen, in der Elektronenhülle vier negative. Nach außen hin ist das Atom elektrisch neutral.
RUTHERFORD machte einen berühmten Versuch in dem er nachwies, dass die positiven Ladungen eines Atoms auf einen sehr kleinen Atomkern konzentriert sind, während sich die negativen Ladungen in Form von Elektronen in der Atomhülle befinden (Kern-Hülle-Modell des Atoms).
Atommodelle
Unter einem Atommodell versteht man eine endliche Menge von Aussagen über Atome.
Das älteste und einfachste Atommodell ist das von DALTON (18. Jahrhundert).
Atome bestehen aus kleinen, massiven, unteilbaren Kugeln.
Jedes Element besteht aus einer eigenen Atomsorte. Es gibt also genau soviele Atomsorten, wie es Elemente gibt.
Jede Atomsorte hat einen bestimmten Radius und eine bestimmte Masse.
Chemische Reaktionen sind Teilchengruppierungen: Bei einer Reaktion gruppieren sich die Atome der Ausgangsstoffe lediglich um. Weder werden Atome vernichtet, noch entstehen neue.
Das Schalenmodell des Atoms
Wenn man mit Hilfe dieser gewonnenen Erkenntnisse das bisherige Atommodell modifiziert, kommt man unweigerlich vom Kern-Hülle-Modell zum Schalenmodell des Atoms, nach dem die Elektronenhülle in mehrere Schalen aufgeteilt ist, die zunehmenden Abstand vom Atomkern haben.
Die Abbildung hier zeigt vier Atome im Schalenmodell. Wie man leicht erkennen kann, passen nur zwei Elektronen auf die innerste Schale, die K-Schale. Auf die folgenden Schalen passen jeweils 8 Elektronen (Vereinfachung!).
Die Oktettregel
Wie bereits gesagt, konnte das RUTHERFORDsche Modell nicht erklären, wieso Natrium und Kalium extrem reaktiv sind, die Edelgase dagegen nicht. Unser Atommodell wurde jetzt aber so erweitert, dass die hohe Reaktivität der Alkalimetalle und Halogene (Elemente der 1. und der 7. Gruppe) erklärt werden kann.
Jedes Atom strebt nämlich eine voll besetzte Außenhülle an. Dann würde es nämlich einem Edelgas gleichen.
Dem Chloratom fehlt genau ein Elektron, das Natriumatom hat exakt 1 Elektron zuviel. Wenn das Chloratom ein Elektron aufnimmt, das Natriumatom dagegen eines abgibt, haben beide Atome eine Edelgaskonfiguration. Und diese Edelgaskonfiguration wird von jedem Atom angestrebt. Dieses Streben ist der Grund für jede chemische Reaktion, die auf diesem Planeten abläuft
Quelle(n) für dieses Referat: keine
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