Teil 10: Atombau nach Rutherford - Wilhelm-Heinrich-Riehl

Wilhelm - Heinrich - Riehl - Kolleg Wiederholung:

Landeshauptstadt Düsseldorf

Der zweite Bildungsweg

Grundkenntnisse für Biologiekurse

Teil 10

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1

Wiederholung: Rutherfordscher Streuversuch / Größen- und Massenverhältnisse Die schwierige rechnerische Auswertung des Streuversuchs ergab: Atomdurchmesser = ca. 10

- 10

m

Kerndurchmesser = ca. 10

- 14

m

• Der Atomdurchmesser ist im Vergleich zum Kerndurchmesser riesig. Das gesamte Atom ist ca. 10.000-mal größer als der Kern. • Mit den Massen verhält es sich umgekehrt. Fast die gesamte Masse des Atoms, nämlich ca. 99,9%, entfällt auf den Kern. Vergrößerung des AtomVeranschaulichung durchmessers auf 10m

positiv geladener Kern

Der Kerndurchmesser beträgt dann ca. 1mm!

negativ geladene Elektronenhülle

Der Kern enthält aber ca. 99,9% der Atommasse!

10m

Eingang Riehl-Kolleg

Goldatom

2

Bisher haben wir das Goldatom nach dem Rutherfordschen Atommodell betrachtet.

• Wie sieht das Wasserstoffatom nach diesem Atommodell aus? Und wie sehen die dem Wasserstoff folgenden Atome aus?

• Welche Beziehung besteht zwischen dem Atombau nach Rutherford und dem Periodensystem?

3

Das Aussehen des H-Atoms nach Rutherford

Der Atomkern enthält eine positive Ladung.

Protonenanzahl = 1

Die Elektronenhülle enthält ein Elektron.

Elektronenanzahl = 1

1+

Wasserstoffatom

• Der Atomkern ist winzig, die Elektronenhülle riesig! • Aber: Fast die gesamte Masse des Atoms entfällt auf den Kern.

Die elektrische Neutralität gilt für die Atome aller Elemente!

Das Wasserstoffatom ist elektrisch neutral.

4

Welche Kräfte sind wirksam? Elektrostatisches Grundgesetz: Ungleichartig geladene Teilchen ziehen sich an, gleichartig geladene Teilchen stoßen sich ab. elektrostatische Anziehungskraft Zentrifugalkraft

1+

Das Elektron kreist sehr schnell um den Atomkern. Der Bahnradius ist dabei beliebig! Wasserstoffatom elektrostatische = Zentrifugalkraft Anziehungskraft Bei Atomen anderer Elemente gilt dies für alle Elektronen!

stabile Kreisbahn: Das Elektron stürzt nicht in den Kern! 5

Das Bau Der H-Atom der folgenden nach Rutherford Atome

2. Periode

1+

2+

3+

Protonenanzahl: 1 Elektronenanzahl: 1

Protonenanzahl: 2 Elektronenanzahl: 2

Protonenanzahl: 3 Elektronenanzahl: 3

Wasserstoff: H

Helium: He

Lithium: Li

4+

5+

6+

Protonenanzahl: 5 Elektronenanzahl: 5

Protonenanzahl: 6 Elektronenanzahl: 6

Protonenanzahl: 4 Elektronenanzahl: 4

Beryllium: Be

Bor: B

Kohlenstoff: C

6

7+

Kernladung: Protonenanzahl: +7 7 Elektronenanzahl: 77

Stickstoff: N

8+

9+

Protonenanzahl: 8 Elektronenanzahl: 8

Protonenanzahl: 9 Elektronenanzahl: 9

Sauerstoff: O

Fluor: F

3. Periode

10+ 11+

....

Protonenanzahl: 10 Elektronenanzahl: 10

Neon: Ne Natrium: Na

Protonenanzahl: 11 Elektronenanzahl: 11

7

Bezug zum Periodensystem Hauptgruppen I 1. Periode

II

1H

VI

VII

VIII 2 He 2 p+

-

5B

4 p+ 4e

-

6C

5 p+ 5e

-

11 Na 12 Mg 13Al 11 p + 12 p + 13 p + 11 e

-

12 e

19 K

-

20 Ca 19 p + 20 p + 19 e

-

2e

Elektronenanzahl 4 Be

3 p+ 3e

4. Periode

V

Protonenanzahl

-

3 Li

3. Periode

IV

Ordnungszahl und Elementsymbol

1 p+ 1e

2. Periode

III

20 e

-

13 e

-

7N

6 p+ 6e

-

14 Si

7 p+ 7e

-

15 P

14 p + 14 e

8O

-

8 p+ 7e

-

16 S

15 p + 15 e

9F

-

16 e

10 Ne

9 p+ 9e

-

17Cl

16 p +

-

10 p +

-

10 e 18Ar

17 p + 17 e

-

-

18 p +

-

18 e

Ordnungszahl = Protonenanzahl = Elektronenanzahl

... elektrische Neutralität der Atome 8

Das Aussehen der Atome nach Rutherford

1+ 1 e-

Wasserstoffatom

10+ 10 e -

Neonatom

• Der Atomkern ist im Verhältnis zur Gesamtgröße des Atoms winzig. Trotzdem entfällt fast die gesamte Masse des Atoms auf den Kern. • Das Wasserstoffatom z.B. besitzt eine positive und eine negative Ladung und ist nach außen hin elektrisch neutral. Die elektrische Neutralität gilt für alle Atome.

• Das Elektron des Wasserstoffatoms kreist sehr schnell um den Atomkern, wobei die Anziehungskraft und die Zentrifugalkraft sich die Waage halten. Auch dies gilt für sämtliche Elektronen der Atome anderer Elemente. • Die Bahnradien für die Elektronen sind beliebig. Ist dieser Bahnradius klein, so ist die Umlauffrequenz des Elektrons (= Umläufe um den Atomkern pro Sekunde) hoch, ist er groß, so ist die Umlauffrequenz klein. • Die Ordnungszahl des Elements im Periodensystem stimmt überein mit der Protonenanzahl und 9 Elektronenanzahl.

Ende

10