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Chemie · Atombau
Größe, Masse und Dichte des Atomkerns, Ordnungszahl, Massenzahl und Neutronenzahl samt Rechnung sowie die starke Kernkraft, die den Kern zusammenhält.
Der Kern ist rund 100 000-mal kleiner als das Atom und trägt fast seine ganze Masse. Mit Ordnungszahl Z und Massenzahl A beschreibst du ihn, die Neutronenzahl ist N = A − Z.
Der Kern misst etwa 10⁻¹⁵ m, das ganze Atom etwa 10⁻¹⁰ m. Das Durchmesserverhältnis liegt also bei 10⁻⁵ (je nach Element zwischen 1 : 20 000 und 1 : 150 000). Das Volumen des Atoms gehört fast ganz der Hülle.
Dafür steckt im Kern mehr als 99,9 % der Masse. Seine Dichte beträgt etwa 10¹⁴ g/cm³, rund 10¹⁴-mal so viel wie Wasser.
| Größe | Name | Bedeutung |
|---|---|---|
| Z | Ordnungszahl (Kernladungszahl) | Protonen, legt das Element fest |
| A | Massenzahl | Protonen + Neutronen |
| N |
| A − Z |
N = A − ZNeutronen = Massenzahl minus Ordnungszahl
Beispiel Kohlenstoff-12: A = 12 und Z = 6, also N = 6. Der Kern trägt die Ladung +6 e, das neutrale Atom hat 6 Elektronen. Natrium mit A = 23 und Z = 11 hat N = 12. A ist eine reine Zahl und nur ungefähr die Masse in u.
Gleiches Z, aber anderes N heißt Isotop. Wie du das im Nuklidsymbol schreibst → Ausführlich in: Nuklide
Gleich geladene Protonen stoßen sich ab (Coulomb-Kraft). Der Kern hält trotzdem, weil die starke Kernkraft zwischen allen Nukleonen anzieht: Proton-Proton, Proton-Neutron und Neutron-Neutron. Sie ist stärker als die Abstoßung, reicht aber nur etwa 10⁻¹⁵ m weit.
Neutronen verstärken die Anziehung, ohne selbst abzustoßen. Darum haben schwere Kerne mehr Neutronen als Protonen. Sehr große Kerne sind trotzdem instabil.
Proton und Neutron sind Hadronen (genauer Baryonen) aus je drei Quarks, die Gluonen zusammenhalten. Die Kernkraft ist der Rest dieser starken Wechselwirkung.
Die schwache Wechselwirkung steckt hinter dem β-Zerfall. → Ausführlich in: Starke und schwache Wechselwirkung
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeZähle Protonen, Neutronen und Elektronen im neutralen Kohlenstoff-12-Atom. Ordne A, Z und N zu und berechne N = A − Z. Welche Zahl legt das Element fest, und wann entspricht die Elektronenzahl der Protonenzahl?
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