Aufbau der Materie

2. Aufbau der Materie

Erde …

Luft… Feuer Wasser…

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Richard P. Feynman 1918 – 1988

1965 Nobelpreis

“Alle Körper sind aus Atomen aufgebaut, aus kleinen, sich ständig bewegenden Teilchen. Wenn Atome einander zu nahe kommen, wirken zwischen ihnen abstoßende Kräfte. Entfernen sie sich etwas voneinander, so treten anziehende Kräfte auf.” Kapitel 2 Aufbau der Materie

Demokrit aus Abdera um 460 – um 370 v. Chr.

“Nichts existiert als die Atome und der leere Raum.” Kapitel 2 Aufbau der Materie

• Historisch: Streit: Kontinuum - Kleinste Teilchen. • Demokrit, 5. Jh. v. Chr.: Es gibt Atome (atomos=unteilbar) Er hatte ein mechanistisches Modell. Atome müssen ausgedehnt und unteilbar sein. • Aristoteles sah darin einen Widerspruch. • Zu Beginn des 19. Jh. waren die chem. Untersuchungsmethoden soweit gediehen, dass sich quantitative Messungen durchführen ließen.

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Aristoteles 384 – 322 v. Chr.

Feuer

trocken

heiß

Erde

Luft kalt

feucht

Wasser Kapitel 2 Aufbau der Materie

John Dalton 1766 – 1844 Gesetz von der Erhaltung der Masse: Bei chemischen Reaktionen bleibt die Gesamtmasse der Reaktionsteilnehmer unverändert. Gesetz der konstanten Proportionen: In einer chemischen Verbindung sind die einzelnen Bestandteile stets in einem bestimmten, charakteristischen Massenverhältnis enthalten.

Gesetz der multiplen Proportionen: Können zwei Bestandteile mehrere chemische Verbindungen bilden, so stehen die Mengen des einen Bestandteils, welche sich mit ein und derselben Menge des anderen Bestandteils verbinden können, im Verhältnis Kapitel 2 Aufbau ganzer der Materie Zahlen.

Zum Gesetz der konstanten Proportionen

z. B. 2g H2 + 16g ½O2 → 18g H2O Zum Gesetz der multiplen Proportionen:

z. B. 63,54gCu + 16gO → 79,54 g CuO (Kupfer II – Oxid) 127,08gCu + 16g O → 143,08 g Cu2O (Kupfer I – Oxid) John Dalton (1766 - 1844) sah in diesen Gesetzen den Beweis für den atomaren Aufbau der Materie. Atome verbinden sich zu Gruppen mit einheitlicher Struktur. → Verbindungen. Kapitel 2 Aufbau der Materie

AB

AB

A2B

A2B2

AB2 A2B3

A2B6

Kapitel 2 Aufbau der Materie

AB2

A2B5

Joseph John Thomson 1856 – 1940

„verschmierte“ positive Ladung enthält Elektronen

„Rosinenkuchenmodell“ Rutherford: Beschuss mit -Teilchen Erwartung: „leichte“ Ablenkung durch die Elektronen Kapitel 2 Aufbau der Materie

Ernest Rutherford

Streuversuche

Erwartung nach dem Thomsonschen Atommodell

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Streuversuchsergebnisse

-Teilchen

radioaktives Präparat in Bleimantel ZnS-Schirm Goldfolie

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Rutherford - Atommodell

Ernest Rutherford 1911

Kapitel 2 Aufbau der Materie

2.1 Das Atommodell Die Atome sind keine massiven Kügelchen, sondern bestehen aus einem positiv geladenem Kern und einer negativen Hülle. Die Masse ist fast vollständig im Kern vereint. Die Hülle besteht aus negativ geladenen Elektronen und bestimmt die Größe und die chem. Eigenschaften des Atoms.

vgl. B. (BW5) S. 21

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Protonen (p+) und Neutronen (n)

nennen wir Nukleonen

Z ... Ordnungszahl = Anzahl der p Die Atome sind meist neutral. Daher Anzahl p+ = Anzahl der e-

Hat ein Atom ein oder mehrere e zuwenig oder zuviel. → ION.

Kapitel 2 Aufbau der Materie

2.2 Begriffe: Re lative Atommasse 

Masse des Atoms 12 1 Masse des 6 C  Atoms 12

Relative Molekularmasse ist Summe der relativen Atommassen, die diese Verbindung aufbauen. Beispiel:

M H2O 

1 + 1 + 16 = 18

Atomare Masseneinheit: 1 u =

1 der Masse des 12

1u  mp  mn

1u = 1,6605402(10) · 10-27 kg Kapitel 2 Aufbau der Materie

12 6

C - Atoms

Größe der Atome:

Größe des Kerns:

d  10-10 bis 5.10-10 m

d  10-15 bis 5.10-15 m

Massenzahl = Protonenzahl + Neutronenzahl

A = Z+N

( Nukleonenzahl)

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Isotope: Beispiel: Wasserstoff: Besteht aus 1p und 1e. Es gibt aber auch Wasserstoff mit 1p +1n + 1e → schwerer Wasserstoff.

Schreibw eise:

Atome mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Massenzahl bezeichnet man als Isotope. Kapitel 2 Aufbau der Materie

Massenzahl 12

C

6

Protonenzahl

Vgl. B. (BW 5) Seite 25 Die Isotope sind in sogenannten Isotopentafeln aufgeschrieben. Kapitel 2 Aufbau der Materie

Mol – Einheit der Stoffmenge n 1 Mol ist gleich der Stoffmenge, eines Systems, das aus ebenso vielen Teilchen besteht, wie Atome in 12g des Nuklids C-12 enthalten sind.

1 Mol enthält stets NA = 6,0221367(36).1023 mol-1 Teilchen NA … Avogadro-Konstante oder Lohschmidtsche Zahl Kapitel 2 Aufbau der Materie

Übungen: B. S. 27 , Aufgaben 1, 2, 5, 6

Kapitel 2 Aufbau der Materie

2.3 Das Periodensystem der Elemente Ordnungszahl als Ordnungsprinzip Perioden: Anzahl der Schalen (Zeilen) Hauptgruppen: Anzahl der e in der äußersten Schale. (Spalten) vgl. B. (BW 5) S. 104

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Aufbau der Atome

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Ernest Rutherford

Atomkern Atomhülle

Niels Bohr

bestimmte Kapitel 2 Aufbau der Materie Bahnen

Erwin Schrödinger

K-Schale

K-Schale voll

Wasserstoff H: 1p 1e

Helium He: 2p 2e

L-Schale

Lithium Li: 3p 3e

Beryllium Be: 4p 4e Kapitel 2 Aufbau der Materie

I

II

Periodensystem

III

IV

V

VI

VII

VIII

K-Schale

H

L-Schale

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

M-Schale

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

N-Schale

K

Ca

He

Kr

Xe

O-Schale

Halogene Alkalimetalle

Rn

Edelgase

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Ende

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Kleiner Ausschnitt

1

2

H

He

1,0079 3

4

5

6

7

8

9

4,0 10

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

6,9 11

9,0 12

10,8 13

12,0 14

14,0 15

16,0 16

19,0 17

20,1 18

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

23,0

24,3

27,0

28,1

31,0

32,1

35,5

39,9

Metalle

Nichtmetalle

Kapitel 2 Aufbau der Materie

1 I

2 II

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 III IV V VI VII VIII

H

He

Li Be

B

C

N

O

F

Na Mg

Al

Si

P

S

Cl Ar

K Ca Sc Ti

Rb Sr

Ne

V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te Hf Ta W Re Os Ir

Pt Au Hg Tl

Fr Ra

Ac-Lr

Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Uu

Pb Bi Po At Rn

Erdalkalimetalle

Alkalimetalle

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Kapitel 2 Aufbau der Materie

Xe

Edelgase

La-Lu

Halogene

Cs Ba

I

Periodensystem H

He

Li Be

B

C

N

O

F

Na Mg

Al

Si

P

S

Cl Ar

K Ca Sc Ti Rb Sr

Ne

V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te

Cs Ba

La-Lu

Hf Ta W Re Os Ir

Pt Au Hg Tl

Fr Ra

Ac-Lr

Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Uu

I

Pb Bi Po At Rn

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Kapitel 2 Aufbau der Materie

Xe

Unter Alltagsbedingungen sind

Li Be

11 Elemente gasförmig (H, N, O, F, Cl und die Edelgase He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn),

B

C

N

O

F

Na Mg

2 Elemente flüssig (Br, Hg).

Al

Si

P

S

Cl Ar

H

K Ca Sc Ti Rb Sr

He Ne

V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te

Cs Ba

La-Lu

Hf Ta W Re Os Ir

Pt Au Hg Tl

Fr Ra

Ac-Lr

Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Uu

I

Pb Bi Po At Rn

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Kapitel 2 Aufbau der Materie

Periodensystem der Elemente

Xe

2.4 Bindungsarten Erarbeite aus dem Buch S. 24 die 3 Bindungsarten! Metallbindung Ionenbindung Atombindung Aufgaben 2 und 3 B (BW 5) S. 24 Lösungen:

A2: Metallbindung: gute el. und Wärmeleitfähigkeit, Verformbarkeit Ionenbindung: schlechte Leitfähigkeit, spröde, in Wasser löslich dann leitfähig Atombindung: schlechte Leiter, sehr häufig in Form von Kristallen meist hart A3: NH3 ... Atombindung Na2O ... Ionenbindung

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Atombindung Nichtmetall–Nichtmetall

Moleküle z.B.: Wasser

Riesenmoleküle

Kristallgitter z.B.: Diamant Kapitel 2 Aufbau der Materie

Ionenbindung Nichtmetall–Metall negatives Nichtmetallion

Kapitel 2 Aufbau der Materie

positives Metallion

Metallbindung positiver Atomrumpf

Kapitel 2 Aufbau der Materie Elektronengas

Metall–Metall

Isolator - Metalle

Isolator kein Stromfluss in Ionenkristallen

Metalle Kapitel 2 Aufbau der Materie

Van-der-Waals-Kräfte Molekül–Molekül + – – +

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Schneekristalle

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Kapitel 2 Aufbau der Materie

2.5 Stabile und instabile Kerne - Radioaktivität • Die Bindung von e- an den Atomkern kann durch das Wirken der elektrischen Kräfte erklärt werden.  el. WW • Zwischen den Nukleonen wirken die Kernkräfte (Starke WW). Diese haben nur eine geringe Reichweite (10-15 m) (Kräfte zwischen den Quarks). • verschiedene Atome können ohne äußere Einwirkung Teilchen aussenden.  Radioaktivität. • Sie wurde 1896 von Henri Becquerel zufällig entdeckt. Ein Urankristall in der Nähe einer Fotoplatte schwärzte diese. Becquerel erhielt zusammen mit M. Curie und Pierre Curie 1903 den Nobelpreis für Physik. 210 226 • Madame Curie wies 1898 nach, dass es sich dabei um 88 Ra und 84 Po in der Uranerzblende handelte. • Die Aktivität eines radioaktiven Stoffes wird in Becquerel angegeben.

Kapitel 2 Aufbau der Materie

1896

Henri Becquerel Radioaktivität Kapitel 2 Aufbau der Materie

1898 Marie und Pierre Curie Polonium 84Po Radium 88Ra

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Viktor Franz Hess (1883 – 1964)

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Einheit für den radioaktiven Zerfall

• 1 Becquerel = 1 Zerfall pro Sekunde (1Bq = 1 s-1 ) • alte Einheit: 1 Curie = 3,7∙1010 Bq (1Ci) • 1 Ci entspricht der Aktivität von 1 g Radium Führe Aufgabe A1 auf Seite 29 aus!

Kapitel 2 Aufbau der Materie

A1 Seite 29 Basiswissen 5RG Lebensmittel Lebensmittel

GrenzGrenzwert wert nCi/l nCi/l

In Bq/l Bq/l In bzw. bzw. Bq/kg Bq/kg

Milch Milch

0,3nCi/l 0,3nCi/l

11,1

Schweine- u. Schweineu. Geflügelfleisc Geflügelfleisch h Rindfleisch Rindfleisch

5nCi/kg 5nCi/kg

185

16nCi/kg 592 Kapitel 2 Aufbau der Materie

DurchDurchschnittsschnittswert in in wert nCi/l /kg nCi/l

In In Bq/l Bq/l bzw. bzw. Bq/kg Bq/kg 0,1 nCi/l nCi/l 3,7 0,1 0,25 0,25 nCi/kg nCi/kg 0,75 0,75 nCi/kg nCi/kg

9,25 27,75

2.6 Strahlenarten 2.6.1  - Strahler =

4 2

He 

ist ein Heliumkern

Beim -Zerfall findet eine Kernumwandlung statt.

Beispiele: 226 88

238 92 241 95

 222 Ra  86 Rn



U

Th

234 90

 237 Am 93 Np Kapitel 2 Aufbau der Materie

α-Zerfall: A Z

X

A4 Z 2

Y

Versuche mit

241 95

Am

 = 432,6 a

(Schwarze Hülse)

• Messung des Leerwerts – Messdauer: t = 60s

Messung 1

2

3

Impulse Kapitel 2 Aufbau der Materie

Mittelwert

241 Versuche mit 95

Am

 = 432,6 a

(Schwarze Hülse)

Reichweite von -Strahlern(Am-241 ) und Abschirmmöglichkeit Bei der jeweiligen Entfernungseinstellung einmal ohne, das zweite Mal mit einem Blatt Papier messen. Messdauer: t = 10s

Entfernung in cm Impulse Impulse ohne Leerwert Abschirmung mit Papier

1,1

1,2

1,3

Kapitel 2 Aufbau der Materie

1,4

1,5

Versuche mit 241 Am (Schwarze Hülse)

95

 = 432,6 a

Ergebnis: • Die Reichweite ist sehr gering. In Luft einige cm.  - Strahlen können bereits mit einem Blatt Papier abgeschirmt werden. • Sie sind trotzdem sehr gefährlich, weil sie stark ionisierend wirken. • Bemerkung: Die noch auftretende Reststrahlung rührt von der -Strahlung her. Kapitel 2 Aufbau der Materie

2.6.2 ß--Strahler (grüne Hülse)

85 85 Kr  36 37 Rb

 ß    

HWZ: 10,76a /(4,48h)

.

 ... Antineutrino, entsteht infolge der schwachen Wechselwirkung.

Reichweite von ß--Strahlern: Messdauer: t = 10s

Entfernung in cm 5 10 20 Impulse Impulse ohne Leerwert Kapitel 2 Aufbau der Materie

30

50

Reichweite von ß--Strahlern:

Ergebnis: Noch in 50 cm haben wir erhöhte Strahlung, die Reichweite der ß- Strahler beträgt etwa 2 m - 3m.

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Strahlenkegel: • Messdauer: t = 10s • Abstand Quelle Zählrohr ca. 14cm Winkel in Grad Impulse

-45°

-30°

-15° 0° 15° 30° 45°

Ergebnis: Die ß- - Strahlen breiten sich in einem Strahlenkegel aus. Am intensivsten zwischen -15° und 15°. Kapitel 2 Aufbau der Materie

Ablenkung von ß--Strahlen mit Magnet • Messdauer: t = 10s • Abstand Quelle Zählrohr ca. 14cm Winkel in Grad Impulse

-45°

-30°

-15° 0° 15° 30° 45°

Ergebnis: Die ß- - Strahlen lassen sich in einem Magnetfeld ablenken. Kapitel 2 Aufbau der Materie

Absorption von --Strahlen durch Plastikfolien: Messdauer: t = 10s Abstand Quelle Zählrohr: 10cm Anzahl Folien Impulse

1

2

3

4

5

6

7

Impulse ohne Leerwert

Zeichne ein Diagramm: senkrecht:Impulse; waagrecht: Anzahl Folien

Ergebnis: ß- - Strahler lassen sich durch Folien abschirmen. (auchKapitel durch Plexiglas und Metalle) 2 Aufbau der Materie

8

2.6.3 -Strahlen

• Ihre Strahlung ist ähnlich dem Licht , aber nicht sichtbar und viel durchdringender. • Ihre Aussendung erfolgt in Form von "Energieportionen" "Quanten". • Beispiele: 60 60 27 Co  28 Ni



ß   

137 137  137 Aufbau ß derMaterie  56 Ba Kapitel 2 55 Cs  56 Ba



Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten: • Messdauer: t = 10s • Abstand Quelle Zählrohr: 5cm Schichtdicke Pb [mm]

0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20

Impulse

Diagramm:

senkrecht:Impulse; waagrecht: Schichtdicke von Blei Ermittle die Halbwertsdicke: (Dicke, bei der die Strahlung auf die Hälfte des Wertes abgesunken ist.) Kapitel 2 Aufbau der Materie

Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten: • Messdauer: t = 10s • Abstand Quelle Zählrohr: 5cm Schichtdicke Pb [mm]

0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20

Impulse

99 92 75 68 64 52 49 42 41 32 32

Diagramm:

senkrecht:Impulse; waagrecht: Schichtdicke von Blei Ermittle die Halbwertsdicke: (Dicke, bei der die Strahlung auf die Hälfte des Wertes abgesunken ist.) Kapitel 2 Aufbau der Materie

Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:

Impulse

Halbwertsdicke • Ermittle die Halbwertsdicke .

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

• Sie beträgt hier etwa 12 mm.

0

5

10

15

20

Kapitel 2 Aufbau der Materie Dicke der Bleiplatten in mm

Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:

Ergebnis: Die Halbwertsdicke bei Co-60 beträgt ca. ….. mm. Folgerung: Die -Strahlen sind aufgrund ihrer großen Durchdringungsfähigkeit und ihrer großen Reichweite sehr gefährlich, da sie auch schwer abschirmbar sind. Die Intensität der -Strahlung (Dosisleistung), sinkt mit dem Quadrat der Entfernung von der Quelle. Kapitel 2 Aufbau der Materie

Der radioaktive Ballon Versuch: Ein Ballon (nicht aufgeblasen) wird unter einen Geigerzähler gelegt. Ergebnis 1: Die Impulsanzahl entspricht etwa früheren Messungen des Leerwerts. Der Luftballon wird aufgeblasen und durch Reiben an Schafwolle oder fettfreiem Kopfhaar elektrisch geladen. Anschließend wird er so aufgehängt, dass er sich nicht durch Kontakt mit leitenden Objekten entladen kann. Ergebnis 2: Nach einiger Zeit (10 Minuten bis 2 Stunden) wird der Ballon ausgelassen. Mit dem Geigerzähler lässt sich jetzt eine wesentlich über der Leerrate liegende Aktivität auf der Ballonhaut nachweisen. Das elektrische Feld ließ Ionen der Tochterprodukte des Radon zum Ballon wandern. Kapitel 2 Aufbau der Materie

Tochterprodukte des Radon T1/2

Zerfall

Energie

Rn-222

3,8 d

α

5.5 MeV

Po-218

3 min

α

6,0 MeV

Pb-214

26,8 min

ß-

0,7 MeV (γ)

Bi-214

19,9 min

ß-

1,5 MeV (γ)

Po-214

164 µs

α

Pb-210

22 a

ß-

Kapitel 2 Aufbau der Materie

2.7 Bilden von Arbeitsgruppen • Kosmische Strahlung (S. 31, A1) (Folie B 2.11) • Halbwertszeit ( S. 32 + (Folie B 2.12/1+2 ) (A 2 u. A3) • Radiocarbonmethode und radiometrische Altersbestimmung (S. 33) (A1, A2 S 33) • Strahlenquellen und Strahlenschutz (S. 34) (Folie B 2.13) A2 u. A3 • Isotopentafel erklären • Fundamentale Wechselwirkungen B. S. 35 Kapitel 2 Aufbau der Materie

Entstehung von C-14

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Glühstrümpfe Zunächst benutzte Carl Auer von Welsbach Magnesium-Oxide, Zirconiumdioxid, dann Lanthan, Yttrium und PraseodymVerbindungen. Sie alle weisen ein mäßiges Absorptionsvermögen im sichtbaren Bereich auf und produzieren nur ein braunweißes Leuchten. Der Durchbruch gelang ihm mit Ceroxid, zusammen mit Thoriumdioxid zur Stabilitätsverbesserung. Die Zusammensetzung von 1 Prozent CeO2 und 99 Prozent ThO2 wurde erst vor wenigen Jahrzehnten durch eine Mischung aus Yttriumoxid und Ceroxid abgelöst, um auf das leicht radioaktive ThO2 verzichten zu können. Th 232 ist ein -Strahler 1,4∙1010 a Ce (Ordnungszahl 58) hat mehrere stabile Isotope

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Radiotoxizität [Bearbeiten] Das Thoriumisotop 232Th ist mit seiner Halbwertszeit von 14,05 Mrd. Jahren noch wesentlich schwächer radioaktiv (geringere Dosisleistung) als Uran, da durch die längere Halbwertszeit weniger Zerfälle pro Sekunde stattfinden und auch die Konzentration der kurzlebigen Zerfallsprodukte geringer bleibt. Thorium ist ein α-Strahler und aufgrund dieser Strahlungsart gefährlich bei Inhalation und Ingestion. Metall-Stäube und vor allem Oxide sind aufgrund ihrer Lungengängigkeit radiotoxisch besonders gefährlich und können Krebs verursachen. Beim Lagern und Umgang von bzw. mit Thorium und seinen Verbindungen ist auch die stetige Anwesenheit der Elemente aus der Zerfallsreihe zu beachten. Besonders gefährlich sind starke Beta- und die mit einem hohen 2,6 MeV-Anteil sehr energiereichen und durchdringungsfähigen Gammastrahler.

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Die Zerfallsprodukte des natürlich vorkommenden Thoriums-232 sind in folgender Reihenfolge:

Radium 228Ra (Halbwertszeit 5,75 a), Actinium 228Ac (6,15 h), Thorium 228Th (1,9116 a), Radium 224Ra (3,66 d), Radon 220Rn (55,6 s), Polonium 216Po (0,145 s), Blei 212Pb (10,6 h), Bismut 212Bi (60,55 min), daraus zu 64 % Polonium 212Po (3·10−7 s) und zu 36 % Thallium 208Tl (3,053 min), aus beiden stabiles Blei 208Pb.

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Zerfalls energie MeV

Thorium-Isotope HWZ 227Th

in Spuren

18,72 d

α

6,146

223Ra

228Th

in Spuren

1,9131 a

α

5,520

224Ra

229Th

{syn.}

7880 a

α

5,168

225Ra

α

4,770

226Ra

β−

0,389

231Pa

α 10−8%

4,213

227Ra

α

4,083

228Ra

230Th

231Th

in Spuren in Spuren

75.380 a 25,52 h

SF 10−11%

232Th

100 %

1,405 · 1010 a

233Th

{syn.}

22,3 min

β−

1,245

233Pa

234Th

in Spuren

24,10 d

β−

0,273

234Pa

SF 10−9%

Syn = synthetisch hergesetllt Kapitel 2 Aufbau der Materie

Titel: Strahlenschutz

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Aktivität, Ionendosis

Aktivität einer Strahlungsquelle = Anzahl der Zerfälle pro Sekunde Einheit: 1Becquerel=1Bq=1s–1

Ionendosis = Betrag der elektrischen Ladungen gleichen Vorzeichens, die pro Kilogramm des bestrahlten Körpers erzeugt werden. Einheit: 1C/kg Kapitel 2 Aufbau der Materie

Energiedosis = pro Kilogramm absorbierte Strahlungsenergie Einheit: 1Gray=1Gy=1J/kg

Äquivalentdosis = Energiedosis · Qualitätsfaktor Einheit: 1Sievert=1Sv=1J/kg Strahlenart

Röntgenstrahlung

RBW

1

-Strahlung

-Strahlung

langsame Neutronen

1Kapitel 2 Aufbau 1 der Materie3

schnelle Neutronen

-Strahlung

10

20

effektive Dosis in Sv 0 bis 0,5

0,5 bis 1 1 bis 2

ab 4

ab 6 über 7 über 10 über 100

Strahlenwirkungen

Ohne größeren diagnostischen Aufwand keine unmittelbar nachteiligen Wirkungen feststellbar, aber Schwächung des Immunsystems, Veränderungen des Blutbilds, Hautrötungen, vereinzelt Übelkeit, Erbrechen, sehr selten Todesfälle, nachteilige Wirkungen auf das Knochenmark, Erbrechen, Übelkeit, schlechtes Allgemeinbefinden, etwa 20% Sterblichkeit, schwere Einschränkungen des Allgemeinbefindens sowie schwere Störungen der Blutbildung, die Infektionsbereitschaft ist stark erhöht, 50%ige Sterblichkeit, neben den genannten schweren Störungen treten gastrointestinale Symptome auf, die Überlebensrate ist nur noch sehr gering, nahezu 100 %ige Sterblichkeit, zusätzlich Schädigung des ZNS, bis hin zu Lähmungen, schneller Tod durch Ausfall des ZNS (Sekundentod).

Symptome bei einem Menschen, der einer kurzzeitigen Ganzkörperbestrahlung ausgesetzt war. Kapitel 2 Aufbau der Materie

Kosmische Strahlung Atmung

Künstliche Strahlung

Grundwasser

Nahrungsmittel

Bodenstrahlung Kapitel 2 Aufbau der Materie

Radioaktive Elemente im Menschen Schilddrüse Jod 129 Jod 131

Lunge Krypton 85 Radon 222 Uran 233 Plutonium 239

Muskel Kalium 42 Caesium 137

Milz

Leber

Polonium 210

Kobalt 60 Tellur 132 Plutonium 239

Knochenmark Strontium 90 Ruthenium 106

Nieren

Hoden

Ruthenium 106

Tritium 3

Eierstöcke

Knochen

Kalium 42 Kobalt 60 Zink 65 Ruthenium 105 Jod 131 Caesium 137 Barium 140 Plutonium 239

Kohlenstoff 14 Phosphor 32 Zink 65 Strontium 90 Barium 140 Promethium 147 Radium 226 Thorium 234 Plutonium 239

Haut Schwefel 35

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Strahlenfrühwarnsystem

340 automatische Messstationen zur Messung der Ortsdosisleistung (-Strahlung)

10 Luftmonitore zur Messung der bodennahen Luft in Grenznähe (-, - und -Strahlung) Kapitel 2 Aufbau der Materie

Direktverbindung zu ausländischen Strahlenfrühwarnsystemen

Ende

Übersicht

Gravitation (Massenanziehung, Schwerkraft) Elektromagnetische Wechselwirkung

Starke WW Kapitel 2 Aufbau der Materie

Schwache WW

Konstruieren von Begriffsnetzen mit Concept Mapping Den Schülerinnen und Schülern werden Begriffe zu einem Themengebiet vorgegeben. In Gruppenarbeit (ca. 4 Schüler/innen) sollen sie diese Begriffe in ein Begriffsnetz bringen. Die Schüler schreiben jeden dieser Begriffe auf einen Zettel eines Haftnotizblocks. Diese Zettel kleben sie auf ein Packpapier und versuchen nun Beziehungen zwischen den Begriffen herzustellen. Dies deuten sie durch Pfeile, die von einem zum anderen Begriff führen, an. Zusätzlich schreiben sie die Art der Beziehung zu diesem Pfeil. Es sollten möglichst viele Verbindungen hergestellt werden, dabei sollten sich nicht zu viele Pfeile kreuzen. Eventuell müssen die Begriffe umgeordnet werden. Die Pfeile und die Beschriftung sollte man vorerst mit Bleistift durchführen, damit sich Korrekturen leichter durchführen lassen. Kapitel 2 Aufbau der Materie

Wenn das Concept Map „fertig“ ist (nach Diskussion mit dem Lehrer oder Korrektur), ist es günstig, dieses nochmals auf ein DIN a 4 Blatt zu zeichnen, damit man es kopieren kann und alle Gruppenteilnehmer das Ergebnis zum Lernen mitnehmen können.

Ordne folgende Begriffe einander zu! Elektronen Energiestufen (Schalen) Atomhülle chem. Verhalten Neutronen Nukleonen Isotope

Atom Ordnungszahl Protonen Massenzahl Periodensystem Modell Atomkern

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Kapitel 2 Aufbau der Materie

Radioaktiver Zerfall

HWZ

Menge in %

0

100

1

50

2

25

3

12,5

4

6,25

5

3,125

6

1,5625

7

0,78125

8

0,390625

9

0,1953125

10

0,09765625

11

0,04882813

Menge in %

Halbwertszeit

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

1

2

3

4

5

Halbwertszeiten Kapitel 2 Aufbau der Materie

6

7