Physik Realschule Bayern › Materie › Jahrgangsstufe 10
Aufbau von Atom und Atomkern, Nuklidschreibweise
Physik · Realschule · Jahrgangsstufe 10 · Bayern · Teilbereich Materie
Im Lernbereich Atom- und Kernphysik der 10. Jahrgangsstufe beschreiben Lernende den Aufbau der Atome aus Kern und Hülle, lesen die Nuklidschreibweise mit Ordnungszahl und Massenzahl und unterscheiden Isotope. Diese Grundlagen sind nötig für radioaktive Strahlung, Zerfallsgleichungen und die Kernenergie.
Der Aufbau eines Atoms
Jedes Atom besteht aus einem winzigen, schweren Atomkern und einer Atomhülle. Im Kern sitzen die Nukleonen (Kernbausteine): die positiv geladenen Protonen und die neutralen Neutronen. In der Hülle umkreisen negativ geladene Elektronen den Kern. Ein Atom ist nach außen neutral, weil es gleich viele Protonen und Elektronen hat.
Die Nukleonen werden durch die Kernkräfte zusammengehalten, sehr starke Kräfte mit winziger Reichweite, die nur zwischen benachbarten Nukleonen wirken. (Nach dem Standardmodell bestehen Protonen und Neutronen sogar aus noch kleineren Teilchen, den Quarks.)
Die Nuklidschreibweise: zwei wichtige Zahlen
Ein bestimmter Atomkern (ein Nuklid) wird durch zwei Zahlen und das Elementsymbol beschrieben:
Merke: Ordnungszahl \(Z\) (unten) = Anzahl der Protonen. Sie bestimmt allein, um welches Element es sich handelt. Massenzahl \(A\) (oben) = Anzahl aller Nukleonen (Protonen + Neutronen). Die Zahl der Neutronen ist dann \(N=A-Z\).
Beispiel 1: Kohlenstoff-14 Schritt für Schritt
Lies aus der Nuklidschreibweise \(^{14}_{\ 6}\mathrm{C}\) ab, wie viele Protonen, Neutronen und Elektronen das Atom hat.
Schritt 1: Die untere Zahl ist die Ordnungszahl \(Z=6\). Also hat der Kern 6 Protonen. (Kohlenstoff steht an 6. Stelle im Periodensystem.)
Schritt 2: Das neutrale Atom hat ebenso viele Elektronen wie Protonen, also 6 Elektronen.
Schritt 3: Die obere Zahl ist die Massenzahl \(A=14\). Die Neutronenzahl ist die Differenz:
\( N=A-Z=14-6=8 \)
Antwort: Das Atom hat \(6\) Protonen, \(8\) Neutronen und \(6\) Elektronen. Merke: Die Ordnungszahl steht unten, die Massenzahl oben.
Beispiel 2: Eine echte Prüfungsangabe (Thorium-229)
In der Abschlussprüfung tauchte der Kern \(^{229}_{\ 90}\mathrm{Th}\) auf. Wie viele Protonen und Neutronen hat er?
Gegeben: \(A=229\), \(Z=90\)
Gesucht: Protonen- und Neutronenzahl
Formel: Protonen \(=Z\), Neutronen \(=A-Z\)
\( \text{Protonen}=Z=90\qquad \text{Neutronen}=A-Z=229-90=139 \)
Antwort: Thorium-229 hat \(90\) Protonen und \(139\) Neutronen. Die \(90\) Protonen machen es zu Thorium, dem 90. Element.
Isotope
Atome desselben Elements haben immer gleich viele Protonen (gleiche Ordnungszahl), können aber verschieden viele Neutronen besitzen. Solche Varianten heißen Isotope. Sie haben dieselbe Ordnungszahl, aber unterschiedliche Massenzahlen.
Beispiel 3: Drei Kohlenstoff-Isotope
Kohlenstoff kommt als \(^{12}_{\ 6}\mathrm{C}\), \(^{13}_{\ 6}\mathrm{C}\) und \(^{14}_{\ 6}\mathrm{C}\) vor. Was ist gleich, was unterscheidet sie?
Antwort: Alle drei haben \(6\) Protonen, sind also Kohlenstoff. Sie unterscheiden sich in der Neutronenzahl (\(6\), \(7\), \(8\)) und damit in der Massenzahl. \(^{14}\mathrm{C}\) ist radioaktiv und wird zur Altersbestimmung genutzt (Radiokarbonmethode).
Typische Fehler und Prüfungstipps
- Ordnungs- und Massenzahl vertauscht: Ordnungszahl \(Z\) steht unten (Protonen), Massenzahl \(A\) oben (alle Nukleonen).
- Neutronen direkt abgelesen: Die Neutronenzahl steht nirgends; sie ist \(N=A-Z\).
- Massenzahl als Masse in Gramm: \(A\) ist nur die Anzahl der Nukleonen, keine Masse mit Einheit.
- Isotope als andere Elemente: Isotope sind dasselbe Element (gleiche Protonenzahl), nur mit anderer Neutronenzahl.
- Elektronenzahl vergessen: Beim neutralen Atom gleich der Protonenzahl \(Z\).
Üben: Aufgaben zum Atombau und zur Nuklidschreibweise
Der Aufgabengenerator erstellt Aufgaben zum Ablesen von Protonen, Neutronen und Elektronen aus der Nuklidschreibweise und zu Isotopen, mit Lösungsweg und als PDF druckbar.
Vorheriges Thema (Elektrizitätslehre): Transformator
Nächstes Thema: Radioaktive Strahlung
Grundlage Jahrgangsstufe 8: Elektrische Ladung und Elektrostatik
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