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Modell des Atomkerns 07:32 min

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Transkript Modell des Atomkerns

Hallo. Lass uns heute etwas untersuchen, das so klein und winzig ist, dass noch nie ein Mensch es bisher gesehen hat. Den Atomkern. Der ist so klein, dass wir ihn selbst mit modernster Technik nicht sichtbar machen können. Wir wissen aber durch Experimente, dass es ihn gibt. Um also irgendwie über ihn sprechen zu können, brauchen wir deshalb ein Modell des Atomkerns und das schauen wir uns heute an. Dazu wiederholen wir zunächst das Atommodell von Rutherford. Danach beschäftigen wir uns mit Nukleonen. Anschließend erkläre ich dir die Kernladungszahl und zum Abschluss werde ich dir noch einige Beispielkerne zeigen. Als Erstes beginnen wir mit dem Atommodell von Sir Ernest Rutherford. Dieser wollte eigentlich mit seinen Experimenten das thomsonsche Atommodell bestätigen, also dass Atome, feste, miteinander verbundene Atomrümpfe besitzen, doch er machte völlig andere Beobachtungen. In seinem berühmten Streuversuch stellte er fest, dass Atome aus einer massearmen Elektronenhülle und einem winzig kleinen, kompakten Kern bestehen müssen. Dieser Atomkern müsste nach seinen Forschungen positiv geladen sein und selbst wiederum aus kleineren Teilchen bestehen. Diese nannte er Protonen. In einer Hülle um den Kern befinden sich die Elektronen, die normalerweise in gleicher Anzahl vorhanden sind, wie die Protonen. Somit ist das Atom nach außen hin elektrisch neutral. Rutherford stellte außerdem fest, dass der Kern um ein vielfaches schwerer sein müsste, als die Elektronenhülle und fast die ganze Masse des Atoms in sich trägt. Er war sich auch sicher, dass nicht nur Protonen im Kern enthalten sind, konnte das aber selber noch nicht nachweisen. Deshalb sprechen wir jetzt über Nukleonen. Das lateinische Wort nucleus bedeutet so viel wie Kern. Daraus leitet sich das Wort Nukleon ab, womit die Kernbausteine gemeint sind. Und wie sich 1913 herausstellte, gibt es neben den Protonen auch noch die Neutronen. Diese sind elektrisch neutral, tragen also keine Ladung. Jetzt war also klar, dass der Atomkern aus zwei Arten von Nukleonen besteht: positiven Protonen und neutralen Neutronen. Dabei haben Protonen und Neutronen eine ähnliche Masse. Die Masse der Protonen, mp, beträgt 1,67310-27 Kilogramm. Die der Neutronen, mn, 1,67510-27 Kilogramm. Ein Elektron wiegt dagegen bedeutend weniger. Es hat gerade mal eine Masse von 9,1*10-31 Kilogramm. Das Masseverhältnis zwischen Elektron und Proton ist somit ungefähr 1:1.800. Du kannst dir das vorstellen, wie ein Päckchen Mehl zu einem normalen Fünfpersonen-PKW. Also, wir wissen jetzt woraus der Kern besteht. Als Nächstes wollen wir uns anschauen, wie genau seine Ladung zustandekommt. Ein Atom kann durch seine Kernladungszahl beschrieben werden. Das Formelzeichen ist das große Z. Die Elemente unterscheiden sich in ihrer Kernladungszahl und sind nach diesen im Periodensystem der chemischen Elemente geordnet. Deshalb entspricht die Kernladungszahl der Ordnungszahl. Z bezeichnet die Anzahl der positiven Ladungen im Atomkern. Damit sind also alle Protonen gemeint. Bei einem neutralen Atom ist es außerdem so, dass die Anzahl der Protonen gleich der Anzahl der Elektronen ist. Neben der Kernladungszahl gibt es also noch eine wichtige Kenngröße: Die Massezahl A. Diese ergibt sich aus der Summe aus Protonen- und Neutronenanzahl, also: A = Z + N. Das Verhältnis von Protonen zu Neutronen lässt sich nur über die Atommasse und die Kernladungszahl bestimmen. Während die Kernladungszahl linear anwächst, steigt die Neutronenzahl N immer mehr. Der Anteil der Nukleonen, die Neutronen sind, wird also mit steigender Kernladungszahl immer größer. Das zeige ich dir jetzt mal an einigen Beispielkernen. Zuerst einen Heliumkern. Sein Elementesymbol ist He und es hat die Kernladungszahl 2. Da Helium sehr leicht ist, hat es auch nur zwei Neutronen im Kern, sodass die Massezahl genau 4 ist. Ein ganz anderes Beispiel ist Uran. Es hat das Elementesymbol U und hat einen sehr schweren Kern. Es hat schon allein 92 Protonen, wozu aber noch ungefähr 146 Neutronen dazukommen. Seine Massezahl beträgt somit durchschnittlich 238. Fassen wir einmal zusammen: Das Modell des Atoms, auf das wir unsere Erkenntnisse stützen, wurde 1911 von Ernest Rutherford entwickelt. Die Nukleonen bilden dabei die Kernbausteine, womit positive Protonen und nicht-geladene, also neutrale, Neutronen gemeint sind. Die Kernladungszahl Z gibt die Anzahl der Protonen an und entspricht der Ordnungszahl im PSE. Bei einem neutralen Atom sind die Anzahl der Protonen und die Anzahl der Elektronen gleich. Außerdem weißt du, dass es sehr unterschiedliche Kerne gibt. Helium hat zum Beispiel nur zwei Protonen, Uran dagegen 92 Protonen im Kern. Für alle Kerne lässt sich allerdings die Massezahl A als Summe aus Z und N bestimmen. Damit hast du jetzt die Grundlagen für die Kernphysik kennengelernt und kannst dich noch spannenderen Fragen zuwenden. Viel Spaß dabei. Tschüss.

3 Kommentare
  1. Default

    Ab Nukleonen fehlt leider der Ton.

    Von Z006raa, vor fast 4 Jahren
  2. Karsten

    @Serkan
    Im Periodensystem der Elemente PSE kannst du die Massenzahlen und die Ordnungszahlen ablesen. Die Ordnungszahl gibt an wie viele Protonen und Elektronen das Atom besitzt. Wenn man von der Massenzahl die Ordnungszahl abzieht hat man die Anzahl der Neutronen.

    Von Karsten Schedemann, vor fast 4 Jahren
  3. Default

    Hallo ich versteh nicht wie du drauf gekommen bist das ein Urankern 92 Protonen hat und 146 Nukleonen? Gibt es dafür ne Formel um zu bestimmen wie viel von was vorhanden ist, oder kann man das ausm Tafelwerk irgendwie ablesen?

    Von Serkan 21, vor fast 4 Jahren