Zehn Aufgaben in zehn verschiedenen Formaten: Bausteine zuordnen, A = Z + N rechnen, Ionen erkennen, Rutherfords Streuversuch nachvollziehen — und am Ende eine Trickfrage zum Größenverhältnis.
Ordne jede Eigenschaft dem Baustein zu, auf den sie zutrifft.
Ziehe die Karten in den passenden Korb — oder wähle eine Karte mit Tab und Enter und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Proton
2Neutron
3Elektron
Zwei Bausteine sitzen im Kern, einer in der Hülle. Die Massen-Karte gehört zum Neutron, obwohl darin „Proton“ steht — lies genau: genauso schwer wie ein Proton kann nur das Neutron sein.
Frage dich zuerst: Wo sitzt der Baustein — im Kern oder in der Hülle?
Der Kern ist positiv, weil dort die Protonen sind. Was fehlt, wenn ein Atom positiv wird, muss also aus der Hülle stammen.
2
Stimmt das?
AFB I
Entscheide bei jeder Aussage, ob sie zum Kern-Hülle-Modell passt.
Tippe auf „Stimmt“ oder „Stimmt nicht“. Danach erscheint die Begründung.
Aussage 1 von 6
Drei stimmen, drei nicht. Die häufigsten Stolperfallen: Elektronen in A mitzählen und der Zeichnung im Buch glauben.
Achte auf die Wörter „fast alle“, „immer“ und „zusammen“.
3
Rutherfords Streuversuch
AFB I
Vervollständige den Merktext zum Versuch von 1911.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt). Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Rutherford schoss positiv geladene Teilchen auf eine hauchdünne . Die meisten flogen ungehindert hindurch — das Atom ist also fast vollständig . Einige wenige wurden stark abgelenkt oder sogar . In der Mitte muss also etwas sehr Kleines, sehr Schweres sitzen, das geladen ist: der . Den fast leeren Bereich außen herum nannte Rutherford die .
Zwei Beobachtungen, zwei Schlüsse: „fast alle durch“ → leer, „wenige zurück“ → kleiner, schwerer, positiver Kern. Wer diese beiden Paare im Kopf hat, kann das Modell jederzeit selbst herleiten.
Zwei Lücken beschreiben die Beobachtung, die anderen die Schlussfolgerung.
4
Neutronen zählen
AFB I
Ein Urankern hat die Nukleonenzahl A = 238 und die Kernladungszahl Z = 92. Wie viele Neutronen enthält er?
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
N = A − Z = 238 − 92 = 146. Bei schweren Kernen gibt es deutlich mehr Neutronen als Protonen — warum das so ist, klärt das Unterkapitel zu den Grundkräften.
A = Z + N — stelle die Formel nach N um.
N = A − Z = 238 − 92.
5
Vom „atomos“ zum Kern
AFB II
Bringe die Stationen der Atommodell-Geschichte in die richtige zeitliche Reihenfolge.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt.
1Griechische Philosophen: Materie besteht aus unteilbaren „atomos“
2Dalton: Atome sind winzige, harte Kugeln (1803)
3Thomson: In den Kugeln stecken Elektronen (1904)
4Rutherford: Streuversuch — winziger Kern, fast leere Hülle (1911)
5Bohr: Die Elektronen der Hülle sitzen auf festen Schalen (1913)
Jedes Modell baut auf dem vorigen auf und erklärt eine Beobachtung mehr. Für die Kernphysik reicht Rutherford — alles danach verfeinert nur die Hülle, und Radioaktivität entsteht im Kern.
Zwei Jahreszahlen liegen nur zwei Jahre auseinander — welches Modell ist die Verfeinerung des anderen?
6
Steckbrief aus drei Zahlen
AFB II
Zu jedem Teilchen kennst du Protonen-, Neutronen- und Elektronenzahl. Bestimme Element, Nukleonenzahl und Ladung. (Kernladungszahlen: Helium 2, Lithium 3, Kohlenstoff 6, Sauerstoff 8, Natrium 11, Chlor 17)
Wähle in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle zwölf Felder müssen stimmen.
Teilchen
Element
A
Ladung
2 p, 2 n, 2 e
6 p, 8 n, 6 e
11 p, 12 n, 10 e
17 p, 18 n, 18 e
Das Element liest du nur an den Protonen ab, A ist Protonen + Neutronen, und die Ladung entscheidet der Vergleich Protonen ↔ Elektronen. Teilchen 2 hat zwei Neutronen mehr als das übliche Kohlenstoff-12 — es ist trotzdem Kohlenstoff (ein Isotop, dazu mehr im nächsten Unterkapitel).
Drei Fragen pro Zeile: Wie viele Protonen? Protonen + Neutronen? Mehr oder weniger Elektronen als Protonen?
Zeile 3: 11 Protonen, aber nur 10 Elektronen — eine positive Ladung bleibt übrig.
7
Im Atom zeigen
AFB II
Klicke im Schema den Bereich oder das Teilchen an, nach dem gefragt wird.
Klicke die gesuchte Stelle an. Mit der Tastatur: Tab zum Wandern, Enter zum Auswählen.
Sechs Fragen, aber nur zwei Bereiche und drei Teilchensorten — das ganze Modell passt auf ein Bild. Rot = Proton, Blau = Neutron, Gelb = Elektron: dieselben Farben wie im Kern-Baukasten.
Masse und Ladung sitzen im Kern, Platz und Elektronen in der Hülle.
8
Fehlersuche im Merkheft
AFB II
In diesem Heftauszug stecken drei Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Klicke genau die falschen Zeilen an.
Alle drei Fehler drehen sich um dieselbe Frage: Was hängt woran? Element ↔ Protonen, Masse ↔ Nukleonen, Ladung ↔ Vergleich Protonen/Elektronen.
Genau drei Zeilen sind falsch. Prüfe bei jeder Zeile: Kern oder Hülle? Protonen oder Elektronen?
9
Gold-Ion Schritt für Schritt
AFB III
Gold hat die Kernladungszahl Z = 79 und die Nukleonenzahl A = 197. Ein Goldatom verliert drei Elektronen. Rechne die Kette durch.
Rechne die Kette Schritt für Schritt. Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet.
Wie viele Neutronen hat der Goldkern?
Wie viele Elektronen hat das neutrale Goldatom?
Wie viele Elektronen hat das Teilchen nach dem Verlust von drei Elektronen?
Wie viele positive Ladungen bleiben übrig? (Anzahl der überschüssigen Protonen)
Wie viele Nukleonen hat das Ion jetzt?
Der letzte Schritt ist die eigentliche Einsicht: Beim Ionisieren passiert im Kern nichts. A bleibt 197, Z bleibt 79, Gold bleibt Gold — nur die Hülle hat sich verändert. Radioaktivität dagegen verändert den Kern selbst.
N = A − Z. Und im neutralen Atom gilt: Elektronen = Protonen.
79 − 3 = 76 Elektronen gegenüber 79 Protonen: drei Ladungen bleiben unausgeglichen. Am Kern ändert sich dabei nichts.
10
Trickaufgabe: Wie viel Platz braucht der Kern?
AFB III
Im Schulbuch füllt der Kern etwa ein Viertel der Zeichnung. Schätze: Wie viel Prozent des Volumens eines Atoms nimmt der Kern in Wirklichkeit ein?
Schiebe den Regler auf deine Schätzung — Pfeiltasten bewegen ihn feiner. Nach dem Prüfen siehst du den Trefferbereich.
0 %100 %
Praktisch 0 %. Der Kern ist rund 10 000- bis 100 000-mal kleiner als das Atom; beim Volumen wird daraus ein Faktor von etwa einer Billion. Tennisball im Stadion — auch das Stadion ist schon geschmeichelt. Trotzdem steckt in diesem winzigen Punkt über 99,9 % der Masse.
Denke an Rutherford: Fast alle Teilchen flogen durch die Goldfolie, als wäre nichts da.
Wenn der Durchmesser 10 000-mal kleiner ist, ist das Volumen 10 000 · 10 000 · 10 000-mal kleiner.
