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Der Aufbau eines Atoms aus Elementarteilchen

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Die Autor*innen
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Chemie-Team
Der Aufbau eines Atoms aus Elementarteilchen
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Der Aufbau eines Atoms aus Elementarteilchen

Inhalt

Aufbau eines Atoms – Chemie

Sicher hast du schon einmal etwas von Atomen gehört. Atome sind die Bausteine, aus denen alle Stoffe bestehen. Wasser, ein Stein, ein Auto und ja sogar du bestehst aus Atomen. Doch wie sind diese Atome überhaupt aufgebaut und wie kommt es, dass die aus ihnen bestehenden Stoffe so unterschiedlich sind?
Obwohl die Vorstellung von Atomen schon bei den alten Griechen bekannt war, gab erst der Physiker Ernest Rutherford Anfang des 20. Jahrhunderts die Grundlage der Atomtheorie vor. Doch wie stellte sich Rutherford den Aufbau der Atome vor? Das erfährst du in diesem Text. Außerdem lernst du, einfach erklärt, was ein Atom überhaupt ist und wie der allgemeine Atomaufbau aussieht.

Was ist ein Atom? – Definition

Einfach erklärt sind Atome winzige Bausteine, aus denen alle Stoffe bestehen. Doch was bedeutet winzig? Wie groß ist ein Atom? Die Größe eines Atoms liegt etwa bei $\pu{0,1 - 0,5 nm}$. Das Atom wurde lange als das kleinste Element angenommen. Man kann es mit einem Elektronenmikroskop, zum Beispiel dem sogenannten (Elektronenrastermikroskop), sehen. Atome selbst bestehen jedoch noch aus viel kleineren Teilchen, die in einer ganz bestimmten Ordnung vorliegen und sich mit chemischen Methoden nicht weiter zerlegen lassen. Den Aufbau des Atoms findest du im folgenden Abschnitt.

Wie ist ein Atom aufgebaut?

Ein Atom besteht aus der fast masselosen Atomhülle und dem massereichen Atomkern. Die einzelnen Teilchen des Atoms sind die Elektronen, die Protonen und die Neutronen.

Rutherford erkannte im Jahr 1910, dass das Atom einen Atomkern besitzt. Er entwickelte das Rutherford-Atommodell und legte damit die Grundlage für den Atomaufbau.

Alle Atome besitzen einen ähnlichen Atomaufbau. Sie bestehen aus den Elektronen, Protonen und Neutronen. Nur ist die Anzahl der Teilchen bei den verschiedenen Atomen jeweils anders. Im Atomkern liegen die Neutronen und Protonen. Die Elektronen befinden sich in der Atomhülle, weshalb diese auch als Elektronenhülle des Atoms benannt werden kann. Das Schema des Atomaufbaus – das sogenannte Schalenmodell – kannst du im folgenden Bild sehen:

Erklärung des Atomaufbaus

Die chemischen Eigenschaften eines bestimmten Stoffs sind hauptsächlich von den Zuständen und Vorgängen in der Atomhülle abhängig. Bei chemischen Reaktionen erfolgen keine Veränderungen im Atomkern – die Veränderungen betreffen ausschließlich die Atomhülle. Es entstehen dann neue Stoffe mit anderen Eigenschaften, aber keine neuen Elemente. Durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen werden aus elektrisch neutralen Atomen elektrisch geladene Ionen.

Die Atomkerne können ausschließlich durch Kernspaltung oder Kernfusion verändert werden. Bei der Kernspaltung wird ein Atomkern unter Energiefreisetzung in zwei oder mehr kleinere Kerne zerlegt und bei der Kernfusion verschmelzen zwei Atomkerne zu einem neuen Kern. Es entstehen neue Elemente.

Was sind Elektronen?

Elektronen sind negativ geladene Teilchen. Die Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen in der Atomhülle rund um den Atomkern. Du kannst dir das wie bei unserem Sonnensystem vorstellen: Dort bewegen sich die Planeten auch auf Kreisbahnen um die Sonne. Die Bahnen der Elektronen können allerdings verschiedene Formen annehmen, die man nach dem Orbitalmodell einteilt. Auch die Besetzung der einzelnen Orbitale mit Elektronen folgt einem bestimmten Schema und festen Regeln. Diese nennen wir auch Pauli-Prinzip.

Was sind Protonen?

Protonen sind positiv geladene Teilchen und befinden sich ganz dicht gepackt im Atomkern. Dabei liegen genauso viele Protonen wie Elektronen in einem Atom vor. Aber Moment mal: Würden sich nicht eigentlich zwei positive Ladungen voneinander abstoßen, wenn sie einander zu nahe kommen? Im Atomkern stoßen sich die Protonen aber nicht ab. Wie kommt es dazu? Das liegt daran, dass sich im Atomkern auch die Neutronen befinden. Diese haben keine Ladung. Sie sind also elektrisch neutral und setzen sich zwischen die Protonen. Deswegen stoßen sich die Protonen nicht voneinander ab.

Die Protonenzahl entspricht übrigens der Kernladungszahl und ist gleich der Ordnungszahl im Periodensystem der Elemente.

Was sind Neutronen?

Neutronen sind neutrale Teilchen. Sie befinden sich zwischen den Protonen und verhindern so deren Abstoßung.

Eine Ausnahme gibt es: Das normale Wasserstoffatom besitzt keine Neutronen, weil nur ein Proton im Atomkern ist. Es kann beim Wasserstoffatom im Atomkern also zu keiner Abstoßung kommen, sodass auch keine Neutronen notwendig sind. Es gibt jedoch zwei weitere Isotope des WasserstoffsDeuterium mit einem Neutron sowie Tritium mit zwei Neutronen. Diese Isotope sind jedoch wesentlich seltener als das uns geläufige Protium.

Der Aufbau eines Atoms aus Elementarteilchen – Zusammenfassung

Der Atomaufbau kennzeichnet sich durch die Atomhülle und den Atomkern. Der Atomkern ist aus Protonen und Neutronen aufgebaut. Die Elementarteilchen eines Atoms sind:

  • Elektronen: negativ geladene Teilchen, die sich auf einer bestimmten Bahn um den Atomkern bewegen
  • Protonen: positiv geladene Teilchen, die sich dicht gepackt im Atomkern befinden
  • Neutronen: neutrale Teilchen, die ebenfalls im Kern zwischen den Protonen liegen und verhindern, dass sich die Protonen abstoßen

Und welche Teilchen liegen im Atom immer in der gleichen Anzahl vor? Richtig, Protonen und Elektronen liegen immer in der gleichen Anzahl vor.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zum Aufbau des Atoms, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Du kannst die Informationen zum Atomaufbau auch zum Vorbereiten auf ein Referat nutzen. Viel Spaß!

Transkript Der Aufbau eines Atoms aus Elementarteilchen

Hallo, sag mal: Was haben ein Mensch, ein Stein und ein Flugzeug gemeinsam? Da fällt einem erst einmal nicht viel ein. Es ist auch etwas, das man mit dem bloßen Auge nicht so sehen kann. Die Antwort ist: Sie bestehen aus Atomen. Genauer gesagt besteht alles aus diesen kleinsten Teilchen. Doch was ist eigentlich dieses Atom? In diesem Video lernst du, woraus ein Atom besteht und wie ein Atom aufgebaut ist. Atome gab es schon immer, doch erst mit den alten Griechen haben sich die Menschen erstmals mit diesem Thema befasst. Ohne die Atome sehen zu können, kamen sie auf die Idee, dass alles aus diesen kleinen Teilchen bestehen muss. Erst in den letzten Jahrzehnten ist es den Menschen möglich geworden, Atome auch wirklich sehen zu können. Möglich machen das Elektronenrastermikroskope. Mittlerweile wissen wir allerdings, dass Atome nicht nur einfach kleine Kugeln ohne Inhalt sind. In ihnen sind noch viel kleinere Teilchen mit einer ganz bestimmten Ordnung enthalten: Ein Atom besteht aus einer Atomhülle und einem Atomkern. Die kleinsten Teilchen eines Atoms sind die Elektronen, die Protonen und die Neutronen. Jedes Teilchen hat seinen ganz bestimmten Ort im Atom. Elektronen findet man immer in der Atomhülle. Proton und Neutron hingegen müssen sich den viel kleineren Atomkern teilen. Die Elektronen eines Atoms, die du hier als rote Punkte siehst, sind negativ geladen. Aufgrund ihrer negativen Ladung kennzeichnet man sie auch oft mit einem Minuszeichen. In Kreisbahnen bewegen sich dann die Elektronen in der Atomhülle immer wieder um den Atomkern wie die Planeten um die Sonne. Die Protonen, die du hier als blaue Punkte siehst, sind ganz dicht gepackt im Atomkern und positiv geladen. Ein Atom hat immer gleich viele Protonen wie Elektronen. Normalerweise würden sich zwei positive Ladungen, wenn sie nah aneinander sind, voneinander abstoßen. Das kannst du dir wie bei einem Magneten vorstellen, bei dem sich auch gleiche Pole voneinander abstoßen würden. Im Atomkern ist es jedoch nicht so. Das Geheimnis sind die Neutronen, die sich, wie du bereits erfahren hast, auch im Atomkern befinden. Neutronen, hier als grüne Kugeln dargestellt, besitzen keine Ladung, liegen zwischen den Protonen und verhindern so eine Abstoßung. Alle Atome besitzen einen ähnlichen Atomaufbau. Sie bestehen auch aus den gleichen Teilchen. Es unterscheidet sich allerdings die Anzahl der Teilchen bei den verschiedenen Atomen, d.h. jedes Atom besitzt eine Atomhülle und einen Atomkern sowie die Teilchen Elektronen, Protonen und Neutronen. Nur das Wasserstoffatom besitzt keine Neutronen. Der Grund dafür ist ganz leicht: Da das Wasserstoffatom nur ein Proton im Atomkern besitzt, kommt es zu keiner Abstoßung im Kern. Damit ist auch kein Neutron notwendig. Du hast heute gelernt, dass wirklich alles aus Atomen besteht, egal, ob Mensch, Stein, Flugzeug, dein Display oder irgendetwas Anderes. Alle Atome teilen sich in Atomhülle und den Atomkern auf. In ihnen findet man die noch kleineren Teilchen Elektronen, Protonen und Neutronen. In der Atomhülle befinden sich die Elektronen und im Atomkern die Protonen und Neutronen. Und du weißt, dass ohne die Neutronen sich alle Protonen im Atomkern abstoßen würden. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

35 Kommentare

35 Kommentare
  1. sehr gutes Video

    Von Paul , vor 4 Monaten
  2. Das Video hat Spaß gemacht. Ich fand das Video war sehr gu tund wird mir hoffentlich bei der Arbeit helfen.

    Von Chinedu, vor 7 Monaten
  3. 👍

    Von nemmoklliW, vor 8 Monaten
  4. Ich fände es noch gut, wenn etwas über die Außenschalen erklärt wird, wie die Elektronen auf diese verteilt sind, etc.
    Ansonsten sehr gut erklärt! :)

    Von JananA., vor etwa einem Jahr
  5. gut, ich mag das thema atome

    Von Alexanderertel, vor mehr als einem Jahr
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Der Aufbau eines Atoms aus Elementarteilchen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Der Aufbau eines Atoms aus Elementarteilchen kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme, womit man Atome sehen kann.

    Tipps

    Ein Sandkorn besteht aus sehr vielen Atomen.

    Ein Teleskop ist ein Fernrohr.

    Lösung

    Versuche einmal, Atome mit dem bloßen Auge zu erkennen oder nimm eine Lupe zur Hilfe. Du wirst merken, dass du zwar sehr kleine Teile sehen kannst, die bestehen aber aus noch kleineren Teilen. Und diese wiederum bestehen aus noch viel kleineren Teilchen. Du kannst also Atome nicht mit bloßem Auge oder mit Hilfe einer Lupe sehen. Und weil sie so winzig klein sind, konnte man lange nur vermuten, dass es sie gibt. Überlege dir, wozu man ein Teleskop benutzt. Obwohl man Dinge über weite Strecken hinweg sehen kann, ist es nicht möglich, sie direkt vor dir scharf zu sehen.

    Erst vor einigen Jahrzehnten wurde ein spezielles Mikroskop erfunden, das es uns ermöglicht, in den Bereich der Atome aufzulösen. Mit dem sogenannten „Atomic-Force-Microscope“ (AFM) wird die Kraft gemessen, die Atome auf eine feine Nadel ausüben. Aus diesen Kräften kann dann ein Bild von den Atomen berechnet werden.

  • Benenne die Bestandteile eines Atoms.

    Tipps

    In der Atomhülle befinden sich negativ geladene Teilchen.

    Lösung

    Ein Atom besteht aus einer Atomhülle und einem Atomkern. Die kleinsten Teilchen eines Atoms sind die negativ geladenen Elektronen, die positiv geladenen Protonen und die nicht geladenen Neutronen. Jedes Teilchen hat seinen ganz bestimmten Ort im Atom. Elektronen findet man nämlich immer in der Elektronenhülle. Dort bewegen sie sich auf Kreisbahnen immer um den Atomkern herum. Den Atomkern teilen sich die Protonen und die Neutronen. Weil sich die positiv geladenen Protonen voneinander abstoßen würden, weil sie so dicht beieinander sind, liegen die nicht geladenen Neutronen zwischen ihnen.

  • Überlege, welche Aussage über den Atomaufbau richtig ist.

    Tipps

    Überlege, welche Ladung die Teilchen besitzen.

    Neutronen sind nicht geladen.

    Lösung

    Überlege dir, welche Ladungen die Teilchen besitzen, aus denen ein Atom besteht. Die auf Bahnen kreisenden Elektronen sind negativ geladen. Im viel kleineren Atomkern befinden sich sowohl Protonen als auch Neutronen. Da die Protonen positiv geladen sind, würden sie sich voneinander abstoßen, wenn es nicht die Neutronen gäbe. Diese sind – wie der Name schon vermuten lässt – nicht geladen und schirmen die Protonen voneinander ab.

    Das heißt also, dass für die Ladung eines Atoms nur die Anzahl der Protonen und der Elektronen wichtig ist. Dabei gleicht eine negative Ladung je eine positive Ladung aus. Besitzt ein Atom also 2 negativ geladene Elektronen, muss es auch 2 Protonen besitzen, um elektrisch neutral zu sein.

  • Entscheide, ob folgende Ionen mehr Elektronen oder mehr Protonen enthalten.

    Tipps

    Wann ist ein Atom elektrisch neutral?

    Welche Ladungen haben die Elementarteilchen und wie wirkt sich dann ein Überschuss auf die Gesamtladung aus?

    Lösung

    In der Atomhülle kreisen Elektronen auf Kreisbahnen um den Atomkern, der mit Protonen und Neutronen gefüllt ist. Während Protonen positiv geladen sind, sind Elektronen negativ geladen. Um elektrisch neutral zu sein, muss ein Atom genauso viele Elektronen wie Protonen besitzen. Wird nun ein Elektron zusätzlich aufgenommen, sind also mehr Elektronen im Atom als Protonen, bekommt das Atom auch nach außen eine Ladung. Man spricht dann von einem Ion. Bei einem Überschuss an Elektronen ist es negativ geladen. Das Chlorid-Ion $Cl^-$ hat z.B. ein Elektron mehr und ist damit einfach negativ. Das Sulfid-Ion $S^{2-}$ hat zwei Elektronen mehr und ist damit zweifach negativ. Es können aber auch Elektronen abgegeben werden. Dann entsteht ein Überschuss an Protonen und das Ion ist positiv geladen. So sind die Ionen $Li^+$ und $Na^+$ einfach positiv, weil je ein Elektron abgegeben wurde und $Al^{3+}$ enthält sogar drei Elektronen weniger als Protonen.

  • Bezeichne die Bestandteile eines Atoms richtig.

    Tipps

    Positiv und nicht geladene Teilchen befinden sich im Atomkern.

    Lösung

    In der Atomhülle bewegen sich negativ geladene Elektronen auf Kreisbahnen. Den Atomkern teilen sich Protonen und Neutronen. Weil sich die positiv geladenen Protonen auf so kleinem Raum voneinander abstoßen würden wie gleiche Pole eines Magneten, liegen immer die nicht geladenen Neutronen zwischen ihnen.

  • Beschreibe den Aufbau eines Natriumatoms.

    Tipps

    Alle Atome besitzen einen ähnlichen Atomaufbau.

    Wann sind Atome neutral?

    Lösung

    Alle Atome besitzen einen ähnlichen Atomaufbau. Schau dir einmal das Periodensystem der Elemente an. Du wirst merken, dass alle Elemente eine Ordnungszahl haben. Natrium steht in der 1. Hauptgruppe unter Wasserstoff und Lithium. Wasserstoff hat die Ordnungszahl 1, während Lithium die Ordnungszahl 3 trägt und Natrium die Ordnungszahl 11. Erinnerst du dich, dass ein Wasserstoffatom ein Proton besitzt und Lithium drei Protonen? Die Ordnungszahl gibt also die Anzahl an Protonen an. Da Natrium die Ordnungszahl 11 trägt, besitzt es also 11 Protonen. Damit ein Atom elektrisch neutral ist, muss es die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen besitzen. Es sind also 11 Elektronen, die ein Natriumatom besitzt.

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