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Chemie · Atombau
Protonen, Neutronen und Elektronen mit Ladung und Masse, dazu Ionen, der Weg vom Rosinenkuchen- zum Kern-Hülle-Modell und die Einordnung im Standardmodell.
Ein Atom besteht aus einem winzigen, schweren Kern (Protonen und Neutronen) und einer fast masselosen Hülle aus Elektronen. Die Protonenzahl legt das Element fest.
| Teilchen | Ladung | Masse |
|---|---|---|
| Proton (im Kern) | +1 | ≈ 1 u (1,0073) |
| Neutron (im Kern) | 0 | ≈ 1 u (1,0087) |
| Elektron (in der Hülle) | −1 | ≈ 0,0005 u (1/1836 der Protonenmasse) |
Die Ladung zählst du in Elementarladungen (e = 1,602 · 10⁻¹⁹ C), die Masse in u: 1 u ist ein Zwölftel der Masse eines ¹²C-Atoms (etwa 1,66 · 10⁻²⁷ kg). Ein Elektron wiegt nur 0,0005 u, darum bestimmt der Kern praktisch die ganze Atommasse.
Protonen und Neutronen heißen zusammen Nukleonen. Die Protonenzahl ist die Ordnungszahl und der Personalausweis des Atoms: Wasserstoff hat immer 1 Proton, Kohlenstoff immer 6. Die Neutronenzahl darf bei gleichem Element schwanken (Isotope). Neutronen und Massenzahl → Ausführlich in:
Beispiel ²⁴₁₂Mg²⁺: 12 Protonen, 24 − 12 = 12 Neutronen und 12 − 2 = 10 Elektronen. Seine Masse beträgt etwa 24 u. Ein neutrales Lithium-7-Atom hat 3 Protonen, 4 Neutronen und 3 Elektronen, der ⁴He-Kern (Alpha-Teilchen) aus 2 Protonen und 2 Neutronen wiegt etwa 4 u.
Ein neutrales Atom hat gleich viele Protonen und Elektronen, die Ladungen heben sich auf. Gibt es Elektronen ab oder nimmt es welche auf, wird es zum Ion. Die Protonen und damit das Element bleiben gleich.
| Ion | Protonen | Elektronen |
|---|---|---|
| Na⁺ (Kation) | 11 | 10 |
| Cl⁻ (Anion) | 17 | 18 |
| O²⁻ (Anion) | 8 | 10 |
Ein Kation hat Elektronenmangel und ist positiv, ein Anion hat Elektronenüberschuss und ist negativ.
Das Element hängt nur an den 11 Protonen. Elektronen ändern nur die Ladung.
Protonen und Neutronen sind nicht unteilbar. Nach dem Standardmodell bestehen sie aus Quarks: Proton = up, up, down (uud), Neutron = up, down, down (udd). Up trägt +⅔, down −⅓. Teilchen aus Quarks heißen Hadronen. Elektronen lassen sich dagegen nicht weiter zerlegen.
| Gruppe | Beispiele | Aufgabe |
|---|---|---|
| Quarks (6) | up, down | bauen Protonen und Neutronen |
| Leptonen (6) | Elektron, Neutrinos | Materie ohne Quarks |
| Bosonen (5) | Photon, Gluon, W, Z, Higgs | übertragen Kräfte |
Das Photon überträgt die elektromagnetische Kraft, Gluonen die starke. Das Higgs-Boson ist ein Boson und keine Materie. In der üblichen Zählung (ohne Antiteilchen, Gluon und W je einmal) sind das 17 Teilchen.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeOrdne Proton, Neutron und Elektron den Positionen im Atom zu und erkläre, wie Ladung und Masse die Ordnungszahl und Massenzahl bestimmen.
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