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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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, dass sich aus der Quantenmechanik ableitet. Mit diesem sind z.B. die Bindungsverhältnisse in Kohlenwasserstoffen zu erklären.
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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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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 Emmisionsspektrum. 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.
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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.
26 Kommentare
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
Was sagts du eingendlich bei 1:43 ??? (Wieso bin ich der einzigste Schüler mit einem guten Profilhintergrund aber egal)
Ach man du machst zielmlich viele Chemie Video ;)
Voll coolu
ganz ganz toll!! Danke!!
Sehr, sehr schön.
Viele Grüße und viel Erfolg!
Vielen Dank für dieses Video! Dank Ihnen hatte ich die Materie verstanden und meine Klassenarbeit war sehr gut! Vielen Dank!
Danke für die netten Worte.
Noch viel Erfolg und Spaß
André
Dieses Video hat wirklich alles was ich wissen wollte perfekt zusammengefasst ! Einen riesen Dank lieber Andre ! ;)
Kapiert es. Net
Hi Andre´,
vorweg möchte ich nicht als Besswerisser auftretn und habe großen Respekt für die Arbeiten, die auf dieser Plattform geleistet werden. Ich finde es einfacht toll, wie man Kinder auf ihrem Weg zu unterstützen versucht. Ich habe mehrere Bücher vom Pearson verlag, u.a. Chemie für die gymnasiale Oberstufe von Brown --> dort S. 27 --> Darstellung Rosinenkuchenmodell --> Der positive Part des Atoms wird als Masse in Form einer Kugel gesehen (= in deinem Video als z.T. verbrannter Teig beschrieben), in der die Elektronen eingebettet sind --> dieses Modell widerlegte Ruhterford eindrucksvoll. Würde sowieso nur mit Rutherford beginnen, da es das erste vernünfitge und brauhbare Atommodell ist.
Alles Gute weiterhin und bitte sehe mich nicht als Quertreiber, Besserwisser, "Wichtigtuer" oder Ähnliches, versuche halt das äußerst schwierige Fach Chemie, vollgespickt mit "Fremdwörter", einfach und verständlich zu machen --> also ziehen wir an einem Strang
liebe Grüsse
Pedro
Hi Pedro,
generell bereite ich mich gründlich auf die Erstellung eines Videos vor. Dazu verwende ich einschlägige Literatur. Das sind Lehrbücher und Monographien. Auch das Internet und die wikipedia schaue ich mir an.
Unter "Originalliteratur" versteht man die Literatur, in der die Entwicklung eines wissenschaftlichen Konzepts in Veröffentlichungen, meist Zeitschriften, ausgeführt wird. Da es sich bei den Ereignissen um Vorgänge handelt, die bis zu 200 Jahre zurückliegen, wäre ein Studium des Materials mit einem gigantischen Aufwand zu betreiben, der auch mit der Forderung nach "gründlicher Vorbereitung" nicht gerechtfertigt ist.
Es ist davon auszugehen, dass kein einziger Hochschullehrer und natürlich auch kein einziger Regelschullehrer die Originalliteratur für die Unterrichtung der im Video besprochenen Inhalte nutzt. Alle verlassen sich dabei auf die gute Fachliteratur. Eine Ausnahme wären Vorlesungen zur "Geschichte der Chemie".
Ich denke, dass das Video inhaltlich korrekt gestaltet wurde. Siehe auch meine letzte Bemerkung.
Mit freundlichen Grüßen
Alles Gute
Hi,
Stellungnahme zum Kommentar: "ich will noch auf den Beitrag vom Sommer reagieren. Ich stamme aus einer Zeit und Gegend, wo den Vorgängern des Schalenmodells praktisch keine Aufmerksamkeit geschenkt wurde. Im Nachhinein muss ich feststellen: Zurecht."
Finde ich völlig ok und für den gängigen Unterricht auch nicht sinnvoll. Würde dies auh im Video nicht beschreiben! Nur wenn man die Vorgänger im Video beschreibt, sollte dies auch richtig sein --> als Recherche zur Erstellung des Videos ist, glaube ich, ein Studieren der Originalliteratur unumgänglich. Ansonsten läuft man Gefahr, Wissen unsachgemäß weiterzugeben
lg
Wunderbar, dieses Video habe ich gesucht!
Mir kam unlängst der "Pearson" (LB für die Oberstufe) in die Hände. Und da wurde das Thomson - Modell genau wie von mir dargestellt.
So viel zum Thema Modelle.
Gruß an alle
Super gut
Hallo,
ich will noch auf den Beitrag vom Sommer reagieren.
Ich stamme aus einer Zeit und Gegend, wo den Vorgängern des Schalenmodells praktisch keine Aufmerksamkeit geschenkt wurde.
Im Nachhinein muss ich feststellen: Zurecht. Denn bei dem bisschen Chemie, welches früher unterrichtet wurde und in der Gegenwart unterrichtet wird, sollte man sich mehr darauf konzentrieren, die elementaren Grundlagen zu vermitteln.
Andererseits bin ich nicht derart sattelfest in diesem Punkt der Geschichte der Chemie, dass ich den Disput fortsetzen könnte. Sinnvoll wäre m. E. ein Studium der Originalarbeiten.
Schließlich aber ist diese Frage für eine wertvolle Erkenntnis unerheblich. Anderenfalls würde ich mich ihrer Klärung sofort annehmen. Es ist keine Zeitfrage. Wenn ich wirkliches Interesse an dieser Frage hätte, würde ich aktuelle Tagesaufgaben zurückstellen.
Alles Gute
André Otto
Sehr gutes Video
Weiter so!!!!!!!!!!
André ist zur Zeit krank. Er antwortet etwas später. (Seine Ehefrau:)
Finde das Video sehr gut, nicht jedoch die Erklärung des Rosinenkuchenmodells: Wäre es nicht besser das Rosinenkuchenmodell bildlich wie folgt zu beschreiben: Gebackener Teig des Rosinenkuchens = positive Masse, die Rosinen = Elektronen sind darin eingebette --> es resultiert ein lockerer Verband dieser Elementarteilchen. Rutherford wollte dieses Modell überprüfen und erwartete: Durch Beschuss mit positiven Teilchen sollten diese wenig bis gar nicht abgelent werden, da die positive Masse des Atoms ( = Teig) stark verteilt ist. Jedoch resultierte eine andere Sichtweise durch Reflexion der Alpha-Strahlung.
:)
@AndréOtto Noch ein Mal, Danke! Sie erklären sehr gut! LG
Dass ein Atom aus einem kleinen, positiv geladenen Kern und einer (relativ gesehen) weit entfernten Hülle besteht, ist eine Schlussfolgerung aus dem Streuversuch. Beschossen wurde eine Goldfolie mit alpha-Teilchen, dass sind zweifach positiv geladene Helium - Ionen (Helium - Kerne). Beständen Atome aus einem kompakten einzelnen neutralen Teilchen (dabei ist es egal, ob diese Teilchen noch aus kleineren Teilchen bestehen), dann müssten die alpha - Teilchen gleichmäßig gestreut, also "verstreut" werden.
Das tun sie aber nicht.Der größte Teil der alpha - Teilchen "geht einfach durch". Man muss bedenken, dass alpha - Teilchen die Atomkerne des Elements Helium sind. Sie sind positiv geladen, aber räumlich sehr klein. Da die meisten aber durch die Goldfolie gehen, bedeutet das, dass die Stoffe locker aufgebaut sind. Nämlich aus den Atomkernen und der Atomhülle. Im größten Teil des Raums dazwischen "ist nichts" - Vakuum.
Ein kleiner Teil der alpha - Strahlen wurde bei dem Experiment ganz stark abgelent. Rutherford schlussfolgerte daraus richtig, dass die Atomkerne positiv geladen sind.
Das positiv geladene Kernteilchen Proton entdeckte Rutherford etwas später. Das Neutron wurde erst um 1930 entdeckt.
Warum verwendete Rutherford Gold. Gold lässt sich gut zu sehr dünnen Folien auswalzen. Durch sehr dünne Goldfolien sieht man sogar das Licht durchscheinen.
Alles Gute
Toll erklärt, danke! Ich würde ganz gerne wissen wieso ist Rutherford zu diesem Modell gekommen, warum sollte ein Atom ein Kern mit Protonen und Neutronen und nicht mit Elektronen und Neutronen haben.