Arbeitsblatt: Reise zu den Atomen

Reise zu den Atomen 1m Wir Diese Reise in das innerste aller Materie beginnt in unserer eigenen Welt, in einer Größenordnung, die uns allen vertraut ist: Bei einem Meter. 10-1 0,1 10 cm Hand des Menschen die Vergrößerung wird bei jeder Etappe zehnmal so stark. Wir wollen in eine Grössenordnung vorstossen, die deutlich macht, wo sich die Chemie eigentlich abspielt, was also die kleinsten Einheiten der uns bekannten Materie ist. . 10-2 0,01 1 cm Gemeine Stechmücke Wen haben wir denn da? Eine bis zu 0,6 cm lange Gemeine Stechmücke beim Stechen. Um Eier ablegen zu können, müssen Weibchen nach der Begattung an warmblütigen Tieren Blut saugen. Es schmerzt, sobald sie ihren giftigen Speichel über die Innenlippe zur Blutgerinnung abgeben, nachdem sie ihren Stechrüssel langsam durch die Haut geführt haben. Die Oberlippe bildet das Saugrohr für Blut. 10-3 0,001 1mm (Millimeter) Kopf einer Stubenfliege Mit dem Rüssel auf der Stirn werden mechanische Reize und Gerüche wahrgenommen; die Geschmackssinnesorgane hingegen hat die Fliege an den Vorderfüßen. Anstelle von Mundwerkzeugen besitzen Stubenfliegen stempelförmige Tupfrüssel. Mit dem Speichel wird der Zucker verflüssigt und die Lösung eingesaugt. 10-4 0,0001 0,1 mm 100 m (Mikrometer) Haut des Menschen Zu erkennen ist hier in etwa 150facher Vergrößerung ein Querschnitt durch die Haut, das größte Organ des Menschen. Es wurde ein Farbstoffgemisch benutzt, das verschiedene Zelltypen unterschiedlich anfärbt. Blaugrün ist die Hornschicht, grün darunter die Keimschicht. Am meisten Raum nimmt die Lederhaut ein, in diesem Bild rot. 10-5 0,00001 0,01 mm 10 m Rote und weiße Blutkörperchen Mit guten Lichtmikroskopen werden einzelne Zellen sichtbar. Hier zum Beispiel, rote und weiße Blutkörperchen eines Menschen. 10-6 0,000001 0,001 mm 1 m Membran des Zellkerns Diese Membran im Inneren einer Zelle umschließt den Zellkern, z.B. eines Blutkörperchens, der die Erbinformation enthält. 10-7 0,0000001 0,1 m 100 nm (Nanometer) Erbinformationen Im Inneren des Zellkerns befindet sich die Erbinformation für das gesamte Lebewesen. 10-8 0,00000001 0,01 m 10 nm DNS-Strang DNS, Desoxyribonukleinsäure, die die Erbinformation aller Menschen, Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen enthält, ist eine gewundene Doppelhelix. Alle Chromosomen (Teile der gesamten Erbinformationen) sind aus vier Buchstaben zusammengesetzt: A,T,G,C, die für die vier Stoffe Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin stehen. Die unterschiedliche Kombination dieser vier Stoffe machen den Unterschied zwischen einem Menschen und einer Stechmücke aus oder doch nicht? 10-9 0,000000001 0,001 m 1 nm Molekülstruktur In dieser Vergrößerung wird deutlich, dass Materie aus kleinsten Einheiten aufgebaut sind, den Atomen und Molekülen. Diese Vergrößerung erreichnt man nur mit dem Raster-Tunnel-Mikroskop. 10-10 0,0000000001 0,1 nm 100 pm (Pikometer) Atomhülle In der Atomhülle ziehen die negativ geladenen Elektronen ihre Bahnen. Richtiger noch: Die flaumige, wolkenartige Atomhülle ist nichts weiter als eine Elektronenwolke, wobei die einzelnen Elektronen, gemäß der Heisenbergchen Unschärferelation weder genau lokalisiert noch ihre Geschwindigkeit exakt bestimmt werden können. 10-11 0,00000000001 0,01 nm 10 pm Leere Das Innere des Atoms ist fast materieleer; fast die ganze Masse steckt im Kern, der in diesem Maßstab noch lange nicht sichtbar ist. Dafür ist der Raum angefüllt mit Kraftwirkungen zwischen Kern und Elektronen. 10-12 0,000000000001 0,001 nm 1 pm Leere Um zu verdeutlichen, wie sich das Größenverhältnis eines Atomkerns zu einem Atom verhält, nehme man einen gespitzten (!!) Bleistift, stelle sich in die Mitte eines etwa 5m*5m grossen Raumes und vergleiche die Umrisse des Raumes (Elektronenhülle) mit der Spitze des Bleistiftes (Atomkern). Alles andere ist Leere. 10-13 0,0000000000001 0,1 pm 100 fm (Femtometer) Atomkern Es taucht der Kern auf. Man erkennt, dass er auch eine Struktur hat; er ist aus positiv geladenen Protonen und neutral geladenen Neutronen aufgebaut, die von ernormen Kernkräften zusammengehalten werden. Beide Kernteilchen sind wiederum nahezu leer. 10-14 0,00000000000001 0,01 pm 10 fm Protonen und Neutronen Hier dargestellt ein Lithiumatomkern bestehend aus 3 Protonen und 4 Neutronen. Die Kernteilchen Neutronen und Protonen sind keine Elementarteilchen. Vielmehr sind beide aus noch kleineren Quarks aufgebaut. Ob Quarks hingegen Elementarteilchen sind, die nicht mehr physikalisch teilbar sind, das wird sich noch herausstellen. Man schätzt die Größe der Quarks heute auf etwa 10-29 (!).