81 Wodurch unterscheiden sich Atome voneinander? Alle Stoffe bestehen aus Atomen. Jedes chemische Element – zB Wasserstoff (H), Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O) … – besteht aus einer Art von Atomen (Abb. 81.1). Die unterschiedlichen Atomarten unterscheiden sich in der Anzahl der positiven Ladungen und ihrer Masse voneinander. Die positiv geladenen Teilchen im Atomkern nennen wir Protonen (p+). Ihre Anzahl im Atomkern (= Ordnungszahl Z) bestimmt die Art des chemischen Elements. So ist zB jedes Atom mit 8 Protonen im Atomkern ein Sauerstoff-Atom. Jedes Atom mit 79 Protonen im Atomkern ist ein Gold-Atom. Ungeladene Neutronen (n0) machen den Atomkern stabil und verhindern, dass er durch die gegenseitige Abstoßung der positiv geladenen Protonen auseinanderbricht (Abb. 81.2). Der Atomkern hält durch die starke Kernkraft zusammen. Protonen und Neutronen haben etwa die gleiche Masse. Die relative Atommasse A (Massenzahl) gibt an, wie viele Protonen und Neutronen der Atomkern des jeweiligen Atoms enthält (Abb. 81.3). Was sind Isotope eines Elements? Manche Elemente haben keine ganzzahlige Atommasse. Die relative Atommasse A von Lithium wird zB mit 6,94 angegeben. In der Natur kommen zwei Arten stabiler Lithium-Atomkerne vor: Etwa 93 % davon enthalten 4 Neutronen (A = 7), etwa 7% nur 3 Neutronen (A = 6). Atome gleicher Elemente, die sich durch eine verschiedene Anzahl von Neutronen unterscheiden, bezeichnen wir als Isotope (Abb. 81.4). Diese Atome haben gleiche chemischen Eigenschaften, aber unterschiedliche Masse. Nur bei einer bestimmten Anzahl von Neutronen können Atomkerne zusammenhalten. Diese stabilen Atome kommen in der Natur häufig vor. Instabile („radioaktive“) Isotope (Abb. 81.5) enthalten zu viele oder zu wenige Neutronen oder zu große Atomkerne ( Seite 82). Arbeite mit der Computersimulation von PhET Colorado: Baue ein Atom. Baue alle stabilen Atomkerne von 3 verschiedenen chemischen Elementen. Zeichne deine Atomkern-Modelle in dein Physikheft. Baut Modelle von Isotopen eines Elements mit roten (p+) und weißen (n0) Fädelperlen. Hängt sie in der Klasse auf (Abb. 81.6). 81.1 Chemische Elemente bestehen aus einer Art von Atomen, zB Phosphor (P), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Kohlenstoff (C), Gold (Au), Silber (Ag). 81.2 Atomkern-Modelle der Elemente Wasserstoff (H), Helium (He) und Lithium (Li). Im Atomkern von Helium befinden sich 2 Protonen und 2 Neutronen. H1 1 1 p+ 2 p+ 2 n0 3 p+ 4 n0 He 4 2 Li 7 3 A Z Atomkerne enthalten positiv geladene Protonen (p+) und ungeladene Neutronen (n0). So werden die Kernteilchen in Atomen angegeben: Massenzahl A: Anzahl aller Kernteilchen (p+ + n0) Elementsymbol Ordnungszahl Z: Anzahl der Protonen O 16 8 M 81.3 Elektronenschalen-Modell eines neutralen Sauerstoff-Atoms (O). Die Elektronenzahl entspricht der Protonenzahl. 8 Neutronen 8 Protonen 16 (Atommasse) 16 8O Infobox: Isotope eines Elements sind meist verkürzt angegeben. „Li-7“ bedeutet zB „Lithium mit der Masse 7“. A3 A4 Isotope sind Atomarten eines Elements, die eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen und daher unterschiedliche Atommasse besitzen. M 81.5 Das Mineral Autunit enthält instabile Uran-Isotope. Es fluoresziert grün. 81.6 Natürliche Isotope des Kohlenstoffs (C-12, C-13, C-14) als Perlenmodell. H1 1 H2 1 H3 1 Protium = gewöhnlicher Wasserstoff Deuterium = schwerer Wasserstoff (0,015 % des natürlichen Wasserstoffs) Tritium = (tritt vorwiegend bei Kernumwandlung auf) 81.4 Natürliche Isotope des Wasserstoffs (H-1, H-2, H-3), Tritium ist instabil. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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