Das Kern – Hülle – Modell der Atome 09:06 min
Transkript Das Kern – Hülle – Modell der Atome
Einen schönen Guten Tag und Herzlich willkommen zu diesem Video. Der Film heißt: "Das Kern-Hülle-Modell der Atome". Du kennst bereits die Begriffe Stoff, Verbindung, Element und Atom. Nachher kannst Du das Kern-Hülle-Modell beschreiben und seine Bedeutung erläutern. Der Film besteht aus vier Abschnitten: Das Ende des Rosinenkuchens. Die Maße des neuen Modells. Die Bedeutung des neuen Modells. Ganz kurz. Das Ende des Rosinenkuchens: Jeder von Euch kennt einen Rosinenkuchen oder kann ihn sich zumindest vorstellen. Ein schöner runder Kuchen, an einigen Stellen heller, an anderen Stellen dunkler, weil er etwas verbrannt ist. Wichtig allein hier ist, dass der Kuchen aus gebackenem Teig besteht. Und wie der Name schon sagt, erhält er eine große Anzahl an Rosinen. Ein solcher Kuchen diente als Vorlage für das Rosinenkuchenmodell, mit dem man ein Atom bildlich darstellen wollte. Die Idee dafür hatte der Wissenschaftler und Nobelpreisträger Thomson um etwa 1900. Nun enthält natürlich ein Atom keine Rosinen. Es sind ein positiver Kuchen und negativ geladene Teilchen. Die negativen Teilchen sind die Elektronen. Der berühmte Physiker Rutherford, auch Nobelpreisträger, wollte im Jahr 1910 dieses Modell überprüfen. Dafür machte er seinen berühmten Streuversuch. Zunächst verwendete er einen radioaktiven Stoff, der α-Teilchen aussendet. α-Teilchen sind zweifach positiv geladen, sie sind sehr klein und sollten dünne Schichten durchdringen. Die fliegenden Teilchen wurden auf eine dünne Goldfolie gerichtet. Gold deshalb, weil man aus Gold sehr dünne Folien herstellen kann. Der größte Teil der α-Teilchen wurde durch die Goldfolie nicht abgelenkt. Sie flogen durch die Goldfolie hindurch und weiter gerade aus. Das ist bei einem lockeren Rosinenkuchen als Modell zu erwarten. Aber was war das? Einige Teilchen veränderten ihre Flugbahn, einige wurden sogar nach hinten abgelenkt und ein kleiner Teil der Teilchen wurde sogar reflektiert. Die nicht abgelenkten Teilchen konnte man mit Thomsons Modell gut erklären, aber die Ablenkung nicht mehr so richtig. Und Teilchen kamen zurück und wurden sogar reflektiert. Versuchsergebnis so: Es war fast unglaublich, als ob sie eine 15-Zoll-Granate gegen ein Stück Seidenpapier werfen und sie kommt zurück und trifft sie. Und da hatte Rutherford die Idee für ein neues Atommodell. Rutherford war sich völlig darüber im Klaren, wenn ein Atom aussieht wie ein lockerer Kuchen nach Thomson, dann können niemals α-Teilchen durch die Goldfolie reflektiert werden. Folglich muss ein Atom über einen festen Atomkern verfügen. An dem wurden nämlich die α-Teilchen reflektiert. Der Atomkern enthält positiv geladene Teilchen. Das sind die Protonen. Außerdem sind im Atomkern neutrale Teilchen, Neutronen. Und weit entfernt vom Kern bewegen sich negativ geladene Teilchen. Das sind die Elektronen. Dieses Atommodell, das wir auch heute noch benutzen, nennt man Kern-Hülle-Modell. Dabei bilden die Elektronen die Hülle oder Atomhülle bzw. Elektronenhülle. Das heißt aber, dass der gesamte Raum zwischen Kern und Hülle masselos ist. Auch hier ist das Atom elektrisch neutral. Wir haben genau so viel Protonen wie Elektronen. Sieht es nicht schön aus, das Kern-Hülle-Modell nach Rutherford? Die Maße des neuen Modells: Nehmen wir einmal an, der Atomkern hat die Größe einer Murmel. Dann hat die Atomhülle die Ausmaße eines Fußballfeldes. Die Masse eines Atoms ist im Atomkern konzentriert, dabei ist die Masse eines Protons 1836 mal größer als die Masse eines Elektrons. Ein Neutron ist noch etwas schwerer, es ist 1839 mal schwerer als ein Elektron. Die Elektronen bewegen sich um den Atomkern. Dabei ist ihre Geschwindigkeit sehr sehr groß. Die Bedeutung des neuen Modells: Das Kern-Hülle-Modell hat eine riesengroße Bedeutung für das Verständnis der chemischen Bindung. Man möchte gerne wissen, wie Atome zusammenhalten. Wie bei der kovalenten Bindung im Wassermolekül oder bei der Erklärung der Ionenbindung im Kochsalz. Und auch die Metallbindung kann mit diesem Modell gut erklärt werden. Mit der Weiterentwicklung des Kern-Hülle-Modells kann man auch gut Atomspektren erklären. Das sind die farbigen Linien, die Atome durch Bestrahlung mit Licht erzeugen. So konnte man z.B. die Sonne untersuchen. Man erhielt ein wunderschönes Sonnenspektrum. Dadurch konnte man zeigen, dass die Sonne aus Wasserstoff und Helium besteht. Ganz kurz: Das Kern-Hülle-Modell ist ein ganz wichtiges Atommodell, das wir auch heute noch verwenden. Ein Atom besteht aus einem Atomkern und aus einer Atomhülle. Der Kern enthält fast die gesamte Masse des Atoms. Er besteht aus Protonen und Neutronen. Gemessen am Atom ist der Kern sehr klein. Die Atomhülle hingegen enthält kaum Masse. Sie besteht aus Elektronen. Im Vergleich zum Atomkern ist die Atomhülle sehr groß. Das Kern-Hülle-Modell hat große Bedeutung bei der Erklärung der chemischen Bindung. Mit Weiterentwicklungen dieses Modells kann man Atomspektren erklären. Das war ein weiterer Film von Andre Otto. Ich hoffe, er hat Euch gefallen.
Videobeschreibung
In diesem Video geht es um das Kern-Hülle-Modell der Atome dass durch Rutherford mit Hilfe des Streuversuchs aufgestellt worden ist. Dazu wird zuerst erklärt, worin die Erweiterung des neuen Atom-Modells besteht und was seine Vorteile sind. Im Anschluss werden Eigenschaften und Bedeutung des Kern-Hülle-Modells näher erläutern und in Vergleich mit dem Rosinenkuchenmodell gesetzt.
Der Tutor:
Dr. rer. nat.
Das Kern – Hülle – Modell der Atome
Das Kern – Hülle – Modell der Atome Übung
Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Das Kern – Hülle – Modell der Atome kannst du es wiederholen und üben.
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Beschreibe den Streuversuch von Rutherford.
Tipps
Am Anfang eines Experiments steht eine Fragestellung oder Überprüfung.
Dann wird überlegt wie ein Versuch gestaltet werden muss, um die Frage zu beantworten.
Lösung
Das Rosinenkuchenmodell von Thomson bestimmte lange die Vorstellungen von Atomen. Durch den Streuversuch von Rutherford wurde dieses Modell in Frage gestellt.
Wenn nämlich alle Teilchen gleichmäßig und ungeordnet im Atom verteilt wären, hätte es keine Ablenkung und Reflektion der $\alpha$-Teilchen gegeben. Sie wären einfach hindurch gegangen. Das Ergebnis von Rutherford forderte aber ein Umdenken. Daraus entwickelte sich die Vorstellung des Kern-Hülle-Modells, das wir auch heute noch nutzen.
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Beschreibe das Kern-Hülle-Atommodell.
Tipps
Atome sind nach außen elektrisch neutral, da sie die gleiche Anzahl an positiven und negativen Ladungsträgern besitzen.
Elektronen besitzen im Vergleich zu Protonen und Neutronen eine sehr geringe Masse.
Lösung
Das Atommodell, welches das Rosinenkuchemodell ablöste, war das Kern-Hülle-Atommodell. Es besagt, dass im Zentrum eines Atoms ein fester Kern, bestehend aus Protonen und Neutronen, liegt. Dieser wird umkreist von Elektronen, die sich in der Atomhülle auf Kreisbahnen bewegen. Der größte Teil des Atoms ist also völlig masselos.
Mit diesem Modell ließ sich nun gut Rutherfords Versuch erklären. Die meisten Teilchen gingen durch die Atome ohne aufgehalten zu werden. Ein Teil der Helium-Kerne ($\alpha$-Teilchen) aber prallte seitlich an und auch direkt auf den Kern eines Atoms. Diese wurden dadurch abgelenkt und zurückgeworfen.
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Gib an, bei welchem Modell es sich um Sauerstoff handelt.
Tipps
Im Kern müssen sich 8 positive Ladungsträger befinden.
8 Elektronen befinden sich in der Elektronenhülle.
Davon sind 2 Elektronen auf der ersten Schale und 6 Elektronen auf der zweiten.
Lösung
Das Rutherfordsche Atommodell wurde später von Bohr um mehrere Elektronenschalen erweitert. Je weiter die Elektronen vom Kern entfernt sind, desto höher ist ihre Energie.
Jedes Element lässt sich so darstellen. Dafür muss nur die Ordnungszahl bekannt sein. Bei Sauerstoff ist es die 8. Es steht somit an 8. Stelle im Periodensystem. Daraus kann man ebenfalls ableiten, dass Sauerstoff 8 Protonen und 8 Elektronen besitzt. Die unterste Schale kann 2 Elektronen aufnehmen. Diese ist beim Sauerstoff gefüllt. Die 2. Schale kann bis zu 8 Elektronen beinhalten. Im Fall von Sauerstoff befinden sich hier 6 Elektronen.
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Charakterisiere die drei gezeigten Atommodelle.
Tipps
$m (p^+)~>>~ m(e^-)$ bedeutet, dass die Masse der Protonen deutlich höher ist als die der Elektronen. Auf wen geht diese Feststellung zurück?
Dalton verfasste als Erster die sogenannte Atomhypothese. Andere Atommodelle bauen auf seiner Vorstellung auf.
Lösung
In der Chemie werden immer wieder neue Entdeckungen und Entwicklungen gemacht. Dalton stellte die Atomhypothese auf. Seiner Meinung nach besteht ein Element nur aus einer Sorte von Atomen, die sich in Masse und Volumen von anderen Atomen unterscheiden. Atome sind dabei kleine Kugeln, die nicht erschaffen oder vernichtet werden können. Atome sind unteilbar, können sich aber verbinden und so neue Verbindungen schaffen. Dieser Gedanke war bahnbrechend, auch wenn er noch einige Fehlvorstellungen enthielt, wie man später herausfand.
Man stieß auf die Elementarteilchen: Positive Protonen und negative Elektronen. Lange glaubte man, dass diese Teilchen gleichmäßig gemischt im Atom verteilt wären. Daher wurde dieses Modell Rosinenkuchenmodell genannt. Erst Rutherford mit seinem Streuversuch entdeckte Hinweise, dass diese Vorstellung fehlerhaft ist. Es musste einen festen Kern geben um den sich die Elektronen bewegten. Dabei ist fast die gesamte Masse des Atoms auf den Kern konzentriert.
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Gib an, in welchen Bereichen das Kern-Hülle-Atommodell für die Wissenschaft Bedeutung hat.
Tipps
Mithilfe der Chromatographie werden Stoffgemische aufgetrennt.
Durch die Vorstellung einer Elektronenhülle wurden chemische Bindungen viel besser und deutlicher erklärbar.
Lösung
Durch das neue Atommodell von Rutherford wurden einige alte Vorstellungen in ihrem Grundfesten erschüttert. Kovalente Bindungen konnte man nun durch eine Überlappung der Elektronenhüllen der Bindungspartner erklären.
Auch heute noch leistet uns Rutherfords Modell gute Dienste bei der Erklärung einiger Phänomene. Das Modell hat aber auch seine Grenzen. Ein späteres Atommodell ist das Orbitalmodell, das sich aus der Quantenmechanik ableitet. Mit diesem sind z.B. die Bindungsverhältnisse in Kohlenwasserstoffen zu erklären.
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Erkläre das Zustandekommen von Atomspektrallinien.
Tipps
Je höher die Geschwindigkeit desto höher auch die Energie.
Energie und Wellenlänge sind immer miteinander verbunden.
Lösung
Hier siehst du ein Emissionsspektrum. Die aufgenommene Energie wurde abgegeben und zeigt eindeutige Spektrallinien. Diese haben eine bestimmte Wellenlänge. Wenn sich diese Wellenlänge innerhalb des für uns sichtbaren Lichts befindet, zeigt sich die Spektrallinie in einer spezifischen Farbe. Absorptions- und Emissionsspektren dienen unter anderem der Identifikation von Stoffen. So kann auch die Zusammensetzung von weit entfernten Objekten wie Sternen oder anderen Planeten untersucht werden.
27 Kommentare
Bei 1:46 min. liegt ein Sprachfehler vor...
danke!! ehrenbruderbasis!
Ein sehr lehrreiches Video, vielen Dank! ;-)
Das eher in der Physik verwendete und heute veraltete und widerlegte Atommodell von Thomson besagt, dass Atome aus einem großen massiven, positiv geladenen Rumpf (dem Teig) bestehen, in dem sich negativ geladene Teilchen (die Rosinen) befinden. Daher auch Rosinenkuchenmodell.
Positive Teilchen wurden erst von Rutherford eingeführt, nachdem er nachgewiesen hatte, dass sich die positive Ladung auf einem ganz kleinen massereichen Punkt konzentriert, dem Atomkern. Dieser sollte aus positiven Teilchen (Protonen) bestehen. Später wurden in diesem Kern auch noch die ungeladenen Neutronen nachgewiesen.
Daher wäre an dieser Stelle zu sagen:
Es ist ein positiv geladener Rumpf mit negativ geladenen Teilchen.
Wir werden die Stelle entsprechend korrigieren.
"Es sind positiv und negativ geladene Teilchen".
Allerdings: Tonfehler!
Bitte an Fachmanagement: Von der Technik bitte korrigieren lassen.
Vielen dank! Auch an Dich, Linus.
Alles Gute und viel Erfolg