Atomaufbau+ Grundkräfte

Was ist die Elementarladung und wie groß ist sie?

Die Elementarladung  e  ist die kleinste frei existierende elektrische Ladung und eine Naturkonstante.

Sie beträgt  e = 1,602 * 10^-19C

Diese Ladung besitzen z. B. ein Proton (+1e) oder ein Elektron (-1e)

Neutron (0)

Was ist die atomare Masseneinheit [u] und wie groß ist sie in kg?

Die atomare Masseneinheit [u] ist definiert als der zwölfte Teil der Masse des Kohlenstoffisotops  ​¹²C 

Sie beträgt:

 1u = 1,6605 (1,7) * 10^_27 kg 

Welche Ladung und Masse hat ein Elektron?

•Ladung: -1e

•Masse:

 -  9,1 *10^-31  kg 

 - oder 0,00055 u

Welche Eigenschaften hat ein Proton?

•Ladung: +1e

•Masse: ca. 1u

•Teilchenart: Hadron (nicht elementar, besteht aus Quarks

Welche Eigenschaften hat ein Neutron?

•Ladung: neutral (0e)

•Masse: ca. 1u

•Teilchenart: Hadron (nicht elementar, besteht aus Quarks

Welche Teilchen befinden sich im Atomkern?

Im Atomkern (Nukleus) befinden sich Protonen und Neutronen (auch Nukleonen genannt).

Sie bestimmen die Masse des Atoms

Wie ist ein Atom nach dem Bohrschen Modell aufgebaut?

Ein Atom besteht aus:

•einem kleinen, massereichen Kern mit Protonen und Neutronen

•einer großen, leichten Hülle mit Elektronen auf diskreten Bahnen (Schalen)

Wie groß sind Atomkern und Atomhülle im Vergleich?

Atomkerndurchmesser: ca.  10^-15m

•Atomdurchmesser: ca.  10^-10m

→ Die Hülle ist etwa 100.000-mal größer als der Kern.

→ 99,9 % der Masse steckt im Kern

Was versteht man unter einem Quantensprung?

Ein Quantensprung (elektronischer Übergang) ist der Übergang eines Elektrons zwischen zwei Energieniveaus (Schalen) unter Absorption oder Emission eines Photons

Was passiert bei der Emission eines Photons?

Ein Elektron springt von einer äußeren auf eine innere Bahn,

→ dabei wird elektromagnetische Strahlung (Photon) emittiert.

Was passiert bei der Absorption eines Photons?

Ein Elektron springt von einer inneren auf eine äußere Bahn,

→ dabei wird Strahlung absorbiert, z. B. Licht oder andere Energie

Mit welcher Formel berechnet man die Energie eines Photons?

Mit der Formel:

 E = h *f 

• E : Photonenergie

• h : Plancksches Wirkungsquantum (6,6*10^-34Js)

• f : Frequenz der Strahlung

Was beschreibt das Orbitalmodell?

Das Orbitalmodell beschreibt die Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen in dreidimensionalen Räumen (Orbitalen) statt festen Bahnen.

→ Es ist das aktuell gültige Modell, wird aber oft durch das Bohrsche Modell ergänzt

Was ist ein Ion?

Ein Atom mit ungleich Protonen und Elektronen ist ein Ion:

•Kation: mehr Protonen → positiv

•Anion: mehr Elektronen → negativ

Was versteht man unter Isotopen?

Isotope sind Atome eines Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl.

→ Sie unterscheiden sich in der Massenzahl, nicht in der chemischen Eigenschaft

Wieviele isotope hat wasserstoff

3 : Wasserstoff, Deuterium, Tritium

Welche Isotope hat Kohlenstoff und worin unterscheiden sie sich?

Kohlenstoff hat hauptsächlich zwei stabile Isotope:

•C-12: 6 Protonen, 6 Neutronen (häufigstes Isotop)

•C-13: 6 Protonen, 7 Neutronen

Außerdem existiert das radioaktive Isotop:

•C-14: 6 Protonen, 8 Neutronen (zerfällt mit einer Halbwertszeit von ca. 5730 Jahren → Radiokarbonmethode)

→ Alle Isotope haben die gleiche Ordnungszahl (6), aber eine unterschiedliche Massenzahl

Wie ist die Ordnung der Atome im Periodensystem definiert und welche Rolle spielen Massenzahl, Ordnungszahl und Neutronenzahl?

Die Ordnungszahl Z (auch Kernladungszahl) gibt die Anzahl der Protonen im Atomkern an.

🔹 Da Atome elektrisch neutral sind, entspricht Z auch der Anzahl der Elektronen in der Hülle.

🔹 Die Neutronenzahl N gibt die Anzahl der Neutronen im Kern an.

🔹 Die Massenzahl A ist die Summe aus Protonen und Neutronen:

  📌 A = Z + N

🔹 Die Massenzahl ist ein ganzzahliges Vielfaches der Protonenmasse, da Protonen und Neutronen annähernd gleich schwer sind.

🔹 Im Periodensystem sind die Elemente nach steigender Ordnungszahl Z geordnet.

  📍 Schreibweise:

Massenzahl

A

Z Elementsymbol → z. B.:

     ¹²

     ⁶ C (Kohlenstoff mit 6 Protonen, 6 Neutronen

Was ist die Coulombkraft ?

Die Coulombkraft (auch elektrostatische Kraft genannt) ist die Kraft, die zwischen elektrisch geladenen Teilchen

Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.

🔸 Im Atom:

•Der positiv geladene Atomkern zieht die negativen Elektronen durch Coulombkraft an → hält sie in der Atomhülle.

•Die positiven Protonen im Kern stoßen sich ebenfalls durch Coulombkraft ab.

🔸 Problem: Coulombkraft würde den Kern eigentlich auseinanderreißen.

🔸 Lösung: Die starke Wechselwirkung hält den Kern zusammen, da sie viel stärker ist als die Coulombkraft.

🔸 Reichweite der Coulombkraft: unendlich, aber die Kraft nimmt mit dem Abstand zum Quadrat ab (1/r²)

Was ist die Starke Wechselwirkung

Die starke Kernkraft wirkt zwischen Protonen und Neutronen im Atomkern.

•Sie ist etwa 100-mal stärker als die Coulombkraft.

•Sie hält den Atomkern zusammen, obwohl sich die positiv geladenen Protonen abstoßen würden.

Diese Kraft wirkt:

•Innerhalb der Nukleonen (Protonen & Neutronen – vermittelt durch Gluonen),

•und auch zwischen den Nukleonen (als sogenannte residuale starke Wechselwirkung).

Reichweite: Nur ca. 2,5 Femtometer (fm)

→ Außerhalb dieser Reichweite ist sie wirkungslos