Steckbriefe für das Klassenposter
AFB I–IIFür ein Poster über Metalle sollen Steckbriefe von vier Atomen entstehen. Mia hat angefangen, die Tabelle auszufüllen, ist aber nicht fertig geworden. Alle Atome sind neutral.
| Atom | Ordnungszahl Z | Neutronen N | Massenzahl A | Elektronen |
|---|---|---|---|---|
| Eisen | 26 | 30 | ① | ② |
| Kupfer | 29 | ③ | 63 | ④ |
| Zink | ⑤ | 34 | 64 | ⑥ |
| Gold | 79 | ⑦ | 197 | ⑧ |
- Nenne die drei Bausteine eines Atoms mit ihrem Ort im Atom und ihrer Ladung.
- Bestimme die fehlenden Werte ① bis ⑧ und gib für Zink die Kurzschreibweise an.
- Erläutere am Beispiel des Goldatoms, warum ein Atom nach außen elektrisch neutral ist, obwohl es geladene Teilchen enthält.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Protonen: im Kern, Ladung +1. Neutronen: im Kern, ungeladen. Elektronen: in der Hülle, Ladung −1.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
① A = 26 + 30 = 56 · ② 26 · ③ N = 63 − 29 = 34 · ④ 29 · ⑤ Z = 64 − 34 = 30 · ⑥ 30 · ⑦ N = 197 − 79 = 118 · ⑧ 79. Kurzschreibweise Zink: \({}^{64}_{30}\mathrm{Zn}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Das Goldatom hat 79 Protonen mit je +1 und 79 Elektronen mit je −1. Die Ladungen heben sich genau auf: 79 · (+1) + 79 · (−1) = 0. Die 118 Neutronen sind ungeladen und tragen nichts bei. Deshalb ist das Atom nach außen neutral.
Chadwick und das fehlende Gewicht
AFB II–IIINach Rutherfords Versuch war klar: Im Kern sitzen positive Protonen. Doch Messungen passten nicht zusammen. Der Heliumkern hat die Ladung +2, ist aber rund viermal so schwer wie ein Proton. Erst 1932 fand James Chadwick ein ungeladenes Teilchen mit fast derselben Masse wie ein Proton — das Neutron.
| Teilchen | Masse in u | Ladung |
|---|---|---|
| Proton | 1,0073 | +1 |
| Neutron | 1,0087 | 0 |
| Elektron | 0,00055 | −1 |
- Erkläre, warum ein Heliumkern, der nur aus Protonen bestünde, nicht zugleich die Ladung +2 und die Masse ≈ 4 u haben kann, und wie das Neutron das Problem löst.
- Ermittle für das Goldatom \({}^{197}_{\;79}\mathrm{Au}\) die Zahl der Neutronen und ihren Anteil an allen Nukleonen in Prozent.
- Nimm Stellung zur Aussage: „Beim Wiegen eines Atoms kann man die Elektronen vergessen.“ Stütze dich auf eine Rechnung für das Goldatom.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Für die Ladung +2 dürfte der Kern nur 2 Protonen enthalten — dann wöge er nur ≈ 2 u. Für ≈ 4 u bräuchte man 4 Protonen — dann wäre die Ladung +4. Beides zugleich geht nicht. Das Neutron löst den Widerspruch: 2 Protonen liefern die Ladung +2, 2 zusätzliche ungeladene Neutronen liefern die fehlende Masse: 2 · 1 u + 2 · 1 u ≈ 4 u.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
N = 197 − 79 = 118 Neutronen. Anteil: 118 : 197 ≈ 0,599 ≈ 60 %. In schweren Atomen gibt es deutlich mehr Neutronen als Protonen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Masse der Elektronen: 79 · 0,00055 u ≈ 0,043 u. Das sind 0,043 u : 197 u ≈ 0,02 % der Atommasse. Für die Masse stimmt die Aussage also: Die Elektronen fallen beim Wiegen nicht ins Gewicht. Eingeschränkt werden muss sie aber: Die Elektronen bestimmen die Größe des Atoms und seine Ladung und damit, wie es mit anderen Atomen reagiert. Fazit: für die Masse vernachlässigbar, für die Chemie entscheidend.