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Grundlagen der Atomphysik. Der Bau der Materie Die Menschen haben sich schon vor langer Zeit Gedanken über den Aufbau unserer Welt gemacht: 450 v. Chr.:

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Präsentation zum Thema: "Grundlagen der Atomphysik. Der Bau der Materie Die Menschen haben sich schon vor langer Zeit Gedanken über den Aufbau unserer Welt gemacht: 450 v. Chr.:"—  Präsentation transkript:

1 Grundlagen der Atomphysik

2 Der Bau der Materie Die Menschen haben sich schon vor langer Zeit Gedanken über den Aufbau unserer Welt gemacht: 450 v. Chr.: Demokrit denkt sich das Unteilbare, das Atom 450 v. Chr.: Demokrit denkt sich das Unteilbare, das Atom 1780: Dalton entwirft ein Atommodell 1780: Dalton entwirft ein Atommodell 1911: Rutherford formuliert das Kern-Hüllenmodell 1911: Rutherford formuliert das Kern-Hüllenmodell 1913: Bohr spricht von Elektronenschalen 1913: Bohr spricht von Elektronenschalen 1926: Schrödinger und Heisenberg entdecken Orbitale 1926: Schrödinger und Heisenberg entdecken Orbitale 1964: Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks 1964: Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks … … … … … … Auch wenn die Modelle immer besser werden, wissen wir immer noch nicht, wie ein Atom wirklich aussieht. Noch nie hat ein Mensch ein Atom gesehen. Vorinformation – bitte lesen

3 Gedankenexperimente... Der griechische Philosoph Demokrit überlegte sich: „Wenn ich einen Gegenstand halbiere und dann wieder halbiere und wieder halbiere und so fort, so gelange ich zu einem kleinsten, nicht mehr teilbaren Teilchen.“ Dieses kleinste Teilchen nannte er Atom. (Atom = nicht mehr teilbares Teilchen)... und das vor fast 2400 Jahren! Vorinformation – bitte lesen

4 John Dalton‘s Entdeckung... Dalton, John ( ), britischer Chemiker und Physiker, entwickelte die Atomtheorie, auf der die moderne physikalische Wissenschaft beruht. Dalton wurde 1766 in Eaglesfield als Sohn eines Webers geboren. Unterricht erhielt er von seinem Vater. Dalton, John ( ), britischer Chemiker und Physiker, entwickelte die Atomtheorie, auf der die moderne physikalische Wissenschaft beruht. Dalton wurde 1766 in Eaglesfield als Sohn eines Webers geboren. Unterricht erhielt er von seinem Vater. Dalton stellte sich die Atome als kleinste Kugeln verschiedener Größe vor. Jeder Stoff besteht aus ganz bestimmten Kugeln, die verschiedenen Elemente: Dalton stellte sich die Atome als kleinste Kugeln verschiedener Größe vor. Jeder Stoff besteht aus ganz bestimmten Kugeln, die verschiedenen Elemente: Vorinformation – bitte lesen

5 Rutherford denkt weiter… Der Atomkern ist im Vergleich zum gesamten Atom winzig klein: Der Atomkern-Durchmesser beträgt nur 1/10000 des ganzen Atoms! 1908 E. Rutherford, Ernest, ( ), britischer Physiker, der für seine Arbeit in der Kernphysik den Nobelpreis erhielt. E. Rutherford, Ernest, ( ), britischer Physiker, der für seine Arbeit in der Kernphysik den Nobelpreis erhielt. Anhand von Experimenten stellte Rutherford eine Theorie auf, nach der ein Atom folgendermaßen aufgebaut ist: Anhand von Experimenten stellte Rutherford eine Theorie auf, nach der ein Atom folgendermaßen aufgebaut ist: Im Zentrum des Atoms befindet sich ein positiv geladener Atomkern Um den Kern kreisen negativ geladene Elektronen Jetzt geht’s los: Aufgabe 1. a)

6 Der Streuversuch von Rutherford Ergebnisse: Die meisten Teilchen gingen ohne Ablenkung einfach durch die Folie hindurch! Die meisten Teilchen gingen ohne Ablenkung einfach durch die Folie hindurch! Nur wenige Teilchen wurden von der Goldfolie stark abgelenkt oder sogar zurückgeworfen Nur wenige Teilchen wurden von der Goldfolie stark abgelenkt oder sogar zurückgeworfen Wie kam Rutherford zu seinem Atommodell?  Er führte folgenden Versuch durch: Eine Goldfolie wird mit kleinen Teilchen (Alpha-Strahlen) beschossen. Um die Goldfolie ist ein Leuchtschirm, der rot aufleuchtet, wenn ein Teilchen auftrifft. Aufgabe 1. b)

7 Der Streuversuch von Rutherford Der Atomkern (rot) muss im Verhältnis zur Atomhülle sehr klein sein Der Atomkern (rot) muss im Verhältnis zur Atomhülle sehr klein sein Der Rest zwischen den Elektronen (blau) und dem Atomkern ist leerer Raum Der Rest zwischen den Elektronen (blau) und dem Atomkern ist leerer Raum Deshalb fliegen die Teilchen entweder durch oder werden vom Kern abgelenkt, wenn sie auf ihn prallen Deshalb fliegen die Teilchen entweder durch oder werden vom Kern abgelenkt, wenn sie auf ihn prallen Deshalb kam er zu folgendem Ergebnis: Zu Aufgabe 1. b)

8 Der Streuversuch von Rutherford Die Teilchen fliegen durch die Goldfolie durch… … und werden vom Atomkern nur leicht abgelenkt oder prallen ab, wenn sie ihn treffen Zu Aufgabe 1. b)

9 Der Streuversuch von Rutherford Die Teilchen fliegen durch die Goldfolie durch… … und werden vom Atomkern nur leicht abgelenkt oder prallen ab, wenn sie ihn treffen Zu Aufgabe 1. b) Wiederholen

10 Das Atommodell von Bohr Nils Bohr ( ), dänischer Physiker und Nobelpreisträger, entwickelte das Atommodell von Rutherford weiter… Nils Bohr ( ), dänischer Physiker und Nobelpreisträger, entwickelte das Atommodell von Rutherford weiter… Er stellte folgendes fest: Die Elektronen fliegen nicht wahllos um den Kern herum, sondern auf bestimmten Schalen. Die Elektronen fliegen nicht wahllos um den Kern herum, sondern auf bestimmten Schalen. Der Atomkern selber besteht aus Protonen und Neutronen. Der Atomkern selber besteht aus Protonen und Neutronen. Die Anzahl von Protonen im Kern und Elektronen in der Hülle ist gleich. Die Anzahl von Protonen im Kern und Elektronen in der Hülle ist gleich. Aufgabe 1. c)

11 Bohr‘sches Atommodell... Atomkern (besteht aus Protonen und Neutronen) Atomhülle (darin befinden sich die Elektronen auf Schalen) Protonen positiv geladen Neutronen elektrisch neutral Zu Aufgabe 1. c)

12 Protonen positiv geladen Neutronen elektrisch neutral negativ geladen Elektronen Bohr‘sches Atommodell... Atomkern (besteht aus Protonen und Neutronen) Atomhülle mit Schalen (darin befinden sich die Elektronen) Zu Aufgabe 1. c)

13 Beispiel Helium Atomkern: 2 Protonen 2 Neutronen Atomhülle: Der Kern wird von 2 Elektronen umkreist. Zu Aufgabe 1. c)

14 Name NameLage Symbol Symbol Größe / Masse Ladung Ladung Proton Proton Kern Wie Neutron positiv positiv Neutron Neutron Wie Proton neutral neutral Elektron ElektronHülle Ca. 1/2000 eines Protons negativ negativ Übersicht Aufgabe 2. a)

15 Ordnungszahl: Ordnungszahl: Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen im Kern an Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen im Kern an Massenzahl: Massenzahl: Die Massezahl gibt die gesamte Anzahl der Teilchen im Kern an (also Protonen+Neutronen) Die Massezahl gibt die gesamte Anzahl der Teilchen im Kern an (also Protonen+Neutronen) Zieht man die Ordnungszahl von der Massezahl ab, so erhält man die Anzahl der Neutronen! Zieht man die Ordnungszahl von der Massezahl ab, so erhält man die Anzahl der Neutronen! Aufbau der Materie Aufgabe 2. b)

16 Beispiel Kohlenstoff: Beispiel Kohlenstoff: Ordnungszahl = 6 Ordnungszahl = 6  6 Protonen im Kern Massezahl = 12 Massezahl = 12 Massenzahl – Ordnungszahl = Neutronenzahl 12 – 6 = 6 Neutronen Beispiel Kohlenstoff Zu Aufgabe 2. b)

17 Die Schreibweise im PSE Chem. Symbol für Aluminium Massenzahl 27 ( + ) 13 - = 14 Ordnungszahl Am Beispiel Aluminium: Aufgabe 3. a) Protonen Neutronen

18 Wir bauen das Modell für Aluminium:..enthält 27 Protonen + Neutronen..davon sind 13 Protonen 14 Teilchen im Kern sind also Neutronen Protonen im Kern 14 Neutronen im Kern 13 Elektronen in der Hülle Aufgabe 3. a)

19 Beispiele: ProtonenNeutronenElektronenName 12 C6666 Kohlen- stoff 40 Ar Ar Argon 16 O8888 Sauer- stoff 235 U Uran Aufgabe 3. b)

20 Vom Atom zum Molekül... Ein Molekül ist eine Verbindung aus mehreren Atomen Ein Molekül ist eine Verbindung aus mehreren Atomen Beispiel: Zwei Sauerstoffatome binden sich chemisch zu einem Molekül Sauerstoff. Beispiel: Zwei Sauerstoffatome binden sich chemisch zu einem Molekül Sauerstoff. Beide Atome können so zeitweise 8 Elektronen benützen. Beide Atome können so zeitweise 8 Elektronen benützen. Aufgabe 4. a)

21 Beispiel: Ein CO 2 Molekül: 1 Atom Kohlenstoff 1 Atom Kohlenstoff und 2 Atome Sauerstoff und 2 Atome Sauerstoff bilden zusammen 1 Molekül Kohlendioxid Sauerstoff Kohlenstoff Zu Aufgabe 4. a)

22 Was ist ein Ion? Eigentlich ist die Anzahl von Protonen und Elektronen gleich, damit das Atom neutral ist. Eigentlich ist die Anzahl von Protonen und Elektronen gleich, damit das Atom neutral ist. Wenn die Anzahl der Protonen und Elektronen nicht mehr übereinstimmt… Wenn die Anzahl der Protonen und Elektronen nicht mehr übereinstimmt… …ist das Atom nicht mehr neutral und wird Ion genannt …ist das Atom nicht mehr neutral und wird Ion genannt - Ion: negatives Ion, Elektronenüberschuss - Ion: negatives Ion, Elektronenüberschuss + Ion: positives Ion, Elektronenmangel + Ion: positives Ion, Elektronenmangel Atom: neutral, gleiche Anzahl Protonen und Elektronen Atom: neutral, gleiche Anzahl Protonen und Elektronen Aufgabe 4. b)

23 Was ist ein Ion? - Ion 2 3 negativ + Ion 2 1 positiv Atom 2 neutral Zu Aufgabe 4. b)

24 Was sind Isotope? Isotope sind Elemente mit gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahl. Isotope sind Elemente mit gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahl. Isotope eines Elements bezeichnen also Atome, die eine Isotope eines Elements bezeichnen also Atome, die eine gleiche Anzahl von Protonen aber eine gleiche Anzahl von Protonen aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Atomkern haben. unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Atomkern haben. Aufgabe 5. a)

25 Beispiel: Wasserstoff-Isotope Jedes Wasserstoff- Isotop besitzt 1 Proton Jedes Wasserstoff- Isotop besitzt 1 Proton Deuterium besitzt zusätzlich 1 Neutron Deuterium besitzt zusätzlich 1 Neutron Tritium besitzt zusätzlich 2 Neutronen Tritium besitzt zusätzlich 2 Neutronen Alle drei Stoffe sind jedoch Wasserstoff, da sie nur 1 Proton besitzen Alle drei Stoffe sind jedoch Wasserstoff, da sie nur 1 Proton besitzen Aufgabe 5. b)

26 Beispiel: Uran-Isotope Protonen Neutronen Vorkommen in der Natur Sonstiges ,005%0,72%99,2% nichtspaltbar nicht spaltbar Zusatzinformationen zu Aufgabe 5


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