Arbeitsblatt: Atommodell

Atome sind klein, winzig klein. Alles auf dieser Welt besteht aus Atomen, die Luft, das Wasser, die Erde, alle Lebewesen also auch wir Menschen bestehen aus Atomen. Atome sind extrem kleine Teile. Viele Atome auf einmal bilden ein Element. Bis heute sind rund 118 Elemente bekannt. Aus diesen Elementen sind alle Stoffe im bekannten Universum zusammengesetzt Klein kleiner am kleinsten Gehen wir mal von einem Millimeter aus also etwa der Grösse von Reiskörnern. Die kann man noch ohne Mühe mit blossem Auge sehen. Versuchen wir in unserer Vorstellung jetzt noch einmal, ein solches Reiskorn in 1000 gleiche Teile aufzuteilen. Jedes dieser Reis-Teilchen misst dann folglich etwa ein Tausendstel Millimeter (auch Mikrometer genannt). Die Winzlinge haben nun etwa die Ausmasse von Bakterien und sind nur grade noch mit dem Lichtmikroskop erkennbar, besser natürlich mit dem Elektronenmikroskop. Doch Atome sind noch viel kleiner im Vergleich zu Atomen sind Bakterien Riesen! Wenn wir einen der Reissplitter im Bakterienformat noch mal in 1000 gleiche Teilchen zerlegen könnten, dann stossen wir zu einer neuen Längeneinheit vor: Dem Nanometer. Grössere Moleküle, etwa Eiweisse, haben Durchmesser von rund 50 Nanometern. Um unsere gedankliche Reise zu den Atomen fortzusetzen, müssen wir einen der Nano-Splitter unseres Reiskorns noch mal zerteilen, und zwar in zehn gleiche Teile! Das Ergebnis 0,1 Nanometer entspricht dann fast dem Durchmesser eines Wasserstoffatoms. Aufbau eines Atoms Heute weiss man, dass Atome aus einem Atomkern in der Mitte und einer weiter aussen gelegenen Hülle bestehen. Der Kern enthält positive Teilchen, die Protonen. Die Hülle besteht dagegen aus den negativen Elektronen. Im Atomkern befinden sich neben Protonen zusätzlich die Neutronen. Sie sind elektrisch neutral, haben aber etwa die selbe Masse wie die Protonen. Ein Atom ist grösstenteils leerer Raum Hülle und Kern unterscheiden sich stark in ihrer Grösse. Würde man die Atomhülle auf das Format einer Kirche vergrössern, dann erreicht der ebenfalls vergrösserte Kern lediglich die Grösse eines Kirschkerns! Trotzdem enthält der Winzling fast die gesamte Masse des Atoms. Die Elektronen sind 2000mal leichter als der Atomkern. Zwischen Kern und Elektronenschale ist leerer Raum, „gefüllt mit ungeheurer Energie. Man nennt sie elektrostatische Anziehungskraft. Das Atommodell Atom ist nicht gleich Atom: Sie unterscheiden sich in der Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern und der Elektronen in der Hülle. Man sortiert daher Atome in einem „Periodensystem nach steigender Protonenzahl (Ordnungszahl). Wasserstoff hat nur ein Proton, er belegt also den ersten Platz oben links. Die Protonenzahl eines Atoms wird Kernladungszahl oder Ordnungszahl genannt. Im Periodensystem sind die Elemente nach ihrer Ordnungszahl geordnet. Wasserstoff hat also die Ordnungszahl 1 H. Im Element Helium finden sich zwei Protonen und zwei Neutronen im Kern 2 und 2 Elektronen in der Hülle. Helium hat also die Ordnungszahl He Lithium, das dritte Element, besitzt drei Protonen und 4 Neutronen im Kern. Die innerste Elektronenschale des Atoms kann nur maximal zwei Elektronen aufnehmen. Ein Lithium-Atom besitzt deshalb eine weitere Schale, auf der sich ein weiteres Elektron bewegt. Seine 3 Ordnungszahl ist also Li Das Periodensystem Im Edelgas Neon (zweite Reihe ganz rechts) finden sich dagegen schon zehn Protonen, seine Ordnungszahl ist folglich 10. Das viel schwerere Gold (Au) hat die Ordnungszahl 79. Das letzte natürliche Element ist Uran. In seinem Kern drängen sich 92 Protonen. Alle weiteren Elemente werden künstlich hergestellt. Die Elemente werden deshalb von links nach rechts und von oben nach unten immer schwerer. Das erkennt man an ihrer Massenangabe links unten im Feld.