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Materie – atomarer Aufbau

Materie bezeichnet Objekte mit Masse und Volumen. Atome und Moleküle sind die Bausteine von Materie, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden. Erfahre mehr über das Periodensystem der Elemente und Demokrits Atomkonzept. Interessiert? Dies und vieles mehr im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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Philip Rupp
Materie – atomarer Aufbau
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Materie – atomarer Aufbau Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Materie – atomarer Aufbau kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, welcher Mann dem Atom seinen Namen gegeben hat.

    Tipps

    Was denkst du, in welchem Jahr das erste mal über Atome diskutiert wurde?

    Das Wort Atom leitet sich von Atomos, was unteilbar bedeutet, ab.

    Schon 400 Jahre vor Christus wurde schon über Atome debattiert.

    Lösung

    Die Untersuchung von Atomen beschäftigt Physiker und Gelehrte schon zahlreiche Jahrhunderte.

    Albert Einstein und auch Robert Brown haben zwar elementare Arbeiten zum Verständnis von Atomen und Molekülen geleistet, jedoch ist die grundlegende Idee der Atome bedeutend älter.

    Auch Isaac Newton (1642-1727), welcher einer der bekanntesten Physiker ist, gab dem Atom nicht seinen Namen: denn schon 2000 Jahre zuvor wurde im antiken Griechenland über Atome diskutiert.

    Demokrit von Abdera war es, der circa 400 Jahre vor Christus über unteilbare Objekte sprach. Diese Objekte wurden damals Atomos genannt, woraus sich später der Begriff Atom ergab.

  • Gib an, welcher Zusammenhang zwischen dem jeweiligen Aggregatzustand und der wirkenden Bindungskraft herrscht.

    Tipps

    Was weißt du über die drei Aggregatzustände?

    Je stärker die Bindungskraft, desto mehr werden die Atome zusammengehalten.

    Lösung

    Bindungskräfte geben an, wie sehr die Atome zusammengehalten werden. Bei starken Bindungskräften werden die Atome stärker zusammengehalten als bei sehr schwachen Bindungskräften.

    Doch wie hängt diese Kraft mit dem jeweiligen Aggregatzustand - fest, flüssig, gasförmig - zusammen?

    In Feststoffen wie Bleistücken oder Stahlträgern werden die einzelnen Atome enorm stark zusammengehalten, weswegen diese Stoffe auch so hart und schwer sind. Die Bindungskräfte sind hier besonders stark.

    Bei Flüssigkeiten sind die Bindungskräfte etwas schwächer. Zum Beispiel ist Wasser eine solche Flüssigkeit, welche bei Raumtemperatur flüssig ist. Wenn sich das Wasser jedoch abkühlt, steigt die Bindungskraft an. Wenn die Temperatur unter null Grad Celsius fällt, ist die Bindungskraft so groß, dass das Wasser zu festem Eis gefriert.

    Doch was passiert, wenn sich die Temperatur im Wasser erhöht? Dann fällt die Bindungskraft immer weiter ab, bis bei 100 Grad Celsius das Wasser anfängt zu kochen. Dann wird die Flüssigkeit gasförmig und die einzelnen Atome können sich vollkommen frei im Raum bewegen. Die Bindungskraft ist so schwach, dass die einzelnen Atome sich unabhängig von den restlichen Atomen bewegen können.

  • Gib an, welche Begriffe jeweils für Atome und Moleküle zutreffen.

    Tipps

    Warum sind Moleküle in der Regel größer als Atome?

    $CO_2$ ist die chemische Schreibweise für Kohlenstoffdioxid.

    Kann man ein Atom teilen? Wenn ja, in welche Teile?

    Kann man Moleküle teilen? Wenn ja, in welche Teile?

    Lösung

    Um diese Aufgabe lösen zu können, solltest du dir zuerst folgende Frage stellen: Was ist der Unterschied zwischen einem Atom und einem Molekül?

    Während Atome die elementaren Bausteine für jegliche Materie sind, besteht ein Molekül aus mindestens zwei Atomen. Mehrere Atome bilden somit ein Molekül. Man kann auch sagen, ein Molekül wird aus mehreren Atomen gebaut.

    In der Aufgabe sind nun zahlreiche Beispiele dem Atom oder dem Molekül zuzuordnen. Die Frage ist somit, welches dieser Beispiele aus verschiedenen Atomen zusammengesetzt und welches selbst ein Atom ist.

    So sind die Beispiele Helium, Kupfer und Gold dem Atom zuzuordnen, da all diese Stoffe auch im Periodensystem der Elemente zu finden sind. Es gibt also Goldatome, Kupferatome und auch Heliumatome.

    Doch was ist mit dem Alkohol und dem Wasser? Diese Stoffe findest du nicht im Periodensystem der Elemente, da sie sich aus verschiedenen Elementen zusammensetzen. Wasser besteht beispielsweise aus zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom ($H_2O$). Analog ist auch das $CO_2$-Molekül, welches man auch Kohlenstoffdioxid nennt, aus verschiedenen Elementen zusammengesetzt.

    Ein weiterer Unterschied zwischen Molekülen und Atomen ist, dass man Moleküle teilen kann, und zwar in Atome. Wassermoleküle beispielsweise können in ihre Wasserstoff- und Sauerstoffatome geteilt werden. Atome selbst hingegen sind unteilbar, da sie (siehe oben) die grundlegenden Bausteine unserer Materie sind.

  • Gib die Stoffmenge $n$ von einem Kilogramm Kupfer mit einer molaren Masse von $M=64~\frac{g}{mol}$ an.

    Tipps

    Schreibe die gegebenen und gesuchten Größen auf.

    $n=\frac{m}{M}$

    Lösung

    Um die Aufgabe lösen zu können, schreiben wir zuerst die gegebenen und gesuchten Größen auf, halten die Formel zur Berechnung fest, setzen die Zahlenwerte ein und formulieren einen Antwortsatz.

    Gegeben: $m=1~kg=1000~g$; $~~~~$ $M=64~\frac{g}{mol}$

    Gesucht: $n$ in $mol$

    Formel: $n=\frac{m}{M}=\frac{1000~g}{64\frac{g}{mol}}=\frac{1000~g\cdot mol}{64~g}=15,6~mol$

    Antwortsatz: Die Stoffmenge beträgt $15,6~mol$.

  • Gib an, was man unter einem Atom versteht.

    Tipps

    Hast du schon einmal ein Atom gesehen?

    Wie groß könnte ein Atom sein?

    Welchen Begriff kennst du aus deinem alltäglichen Sprachgebrauch: Atom oder Teilchen?

    Lösung

    Alle Dinge um uns herum - Möbel, Häuser, Menschen, Tiere, Pflanzen - bestehen aus winzigen Atomen. Doch was ist ein Atom und wie kann man sich so ein Atom vorstellen?

    Atome sind sehr kleine Teilchen, die so winzig sind, dass man sie unmöglich mit dem bloßen Auge erkennen kann.

    Doch woher weiß man dann, wie ein Atom aussieht? Das weiß eigentlich niemand, denn alle Bilder (wie auch das Bild oben) sind nur ein Modell von einem Atom. Durch verschiedene Experimente kennt man zahlreiche Eigenschaften von Atomen. Doch da Atome so unfassbar klein sind, hat noch nie jemand ein Atom wirklich sehen können.

  • Bestimme die Höhe eines Ölmoleküls mit Hilfe des Ölfleck-Versuchs, wobei das Volumen des Ölflecks $V=2\cdot 10^{-5}~cm^3$ und dessen Radius $r=12~cm$ beträgt.

    Tipps

    Schreibe die gegebenen und gesuchten Größen auf.

    Der Durchmesser der Moleküle (bzw. die Höhe $h$ der Teilchen) kann mit der Formel $V=\pi \cdot r^2 \cdot h$ berechnet werden.

    Überprüfe, ob du die Zahlenwerte richtig in deinen Taschenrechner eingegeben hast.

    Lösung

    Um die Aufgabe lösen zu können, schreiben wir zuerst die gegebenen und gesuchten Größen auf, halten die Formel zur Berechnung fest, setzen die Zahlenwerte ein und formulieren einen Antwortsatz.

    Gegeben: $V=2\cdot 10^{-5}~cm^3$; $~~~~$ $r=12~cm$

    Gesucht: $h$ in $m$

    Formel: $h=\frac{V}{\pi \cdot r^2}=\frac{2\cdot 10^{-5}~cm^3}{\pi \cdot 12^2\cdot cm^2}=4,4\cdot 10^{-8}~cm=4,4\cdot 10^{-10}~m$

    Antwortsatz: Der Durchmesser der Ölmoleküle beträgt $4,4\cdot 10^{-10}~m$.