Lernleiter zum Atombau - Schulentwicklung NRW · 2020. 10. 23. · ihr zu experimentieren. Einer...
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van Vorst H amp Sumfleth E (Hrsg) (2020) Von Sprosse zu Sprosse Muumlnster Waxmann
Lernleiter zum Atombau
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Liebe Schuumllerinnen und Schuumller
in den naumlchsten Wochen werdet ihr das Thema bdquoAtombauldquo im Chemieunterricht behandelnund mithilfe der Lernleiter erarbeiten Die folgende Uumlbersicht soll euch beim Unterricht mitder Lernleiter helfen und das Wichtigste aus dem Lernleiter-Video noch einmalzusammenfassen
Lernleiter zum Atombau
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Warum Unterricht mit der Lernleiter
bull Die Lernleiter hilft beim Lernen indem sie neue Lerninhalte uumlbersichtlicher gestaltet
bull Die Lernleiter haumllt Aufgaben bereit die an eure eigenen Faumlhigkeiten angepasst sind
bull Dadurch kann die Lernleiter euch helfen eventuelle Luumlcken zu schlieszligen Solltet ihr auf Anhieb alles verstandenhaben bearbeitet ihr Aufgaben die neue Ideen und Aspekte enthalten So ist immer fuumlr jeden von euch einepassende Aufgabe dabei
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Wie ist die Lernleiter aufgebaut
Die Lernleiter besteht aus drei Sprossen
Ihr werdet euren Weg durch die Lernleiter bei STARTbeginnen und sie dann von unten nach obendurchlaufen bis ihr am ZIEL seid
Start
Ziel
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Wie ist eine Lernleitersprosse aufgebaut
1 bdquoAneignungldquo Gemeinsam mit eurer Lerngruppe werdet ihr neue Begriffe Konzepte Arbeitsweisen und vieles mehrkennenlernen und euer Wissen erweitern
2 bdquoBasisuumlbungldquo In der Basisuumlbung werdet ihr euer neu erworbenes Wissen in Uumlbungsaufgaben anwenden Dabei solltihr feststellen was ihr bisher schon verstanden habt und was euch eventuell noch unklar ist
3 bdquoSelbsteinschaumltzungldquo Ihr schaumltzt selbst ein welche Inhalte ihr schon gut verstanden habt und was ihr besser nocheinmal uumlben solltet Euch wird ein Arbeitsblatt zugeordnet das ihr in der bdquoIndividuellen Uumlbungldquo bearbeitet4 bdquoIndividuelle Uumlbungldquo Hier koumlnnt ihr das bearbeiten was ihr bisher noch nicht ganz verstanden habt und Luumlckenschlieszligen Solltet ihr bereits alles verstanden haben erhaltet ihr eine weiterfuumlhrende Aufgabe
5 bdquoEvaluationldquo Als Abschluss jeder Leitersprosse erhaltet ihr noch einen Fragebogen mit dem ihr euer Wissen testenkoumlnnt Zu jeder Frage gibt es vier Antwortmoumlglichkeiten und ihr sollt das ankreuzen was eurer Meinung nach dierichtige Antwort ist
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ElementarteilchenAtomsymbole
Protonen Neutronen Massenzahl Kernladungszahl Ordnungszahl Isotope
1 Aneignung
Wie ist ein Lernleiter-Feld aufgebaut
Name des Bausteins
Thema das in dieser Lernleitersprosse erarbeitet wird Arbeitsweise in der die
Aufgabe bearbeitet werden soll
Begriffe die in dieser Lernleitersprosse erarbeitet werden
Welches Bild steht fuumlr welche Arbeitsweise
Partnerarbeit Gruppenarbeit Einzelarbeit
PartnerarbeitModell entwickeln bauen
Lehrer-Schuumller Gespraumlch EvaluationMeta-Strategien
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Wie kannst du dich selbst uumlberpruumlfen
Klicke auf dieses Symbol um zur Loumlsung zu gelangen
Klicke auf dieses Symbol um zu deiner Antwort zuruumlck zu gelangen und sie ggf zu verbessern
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Wie funktioniert der Selbsteinschaumltzungsbogen
Hier stehen die Faumlhigkeitendie du in dieser Lern-leitersprosse erlernen sollst
Hier kreuzt du an wie sicherdu dir bei einer bestimmtenFaumlhigkeit bist
Die erste Zeile in der du bdquoDa bin ich mir unsicherldquooder bdquoDas kann ich nichtldquo angekreuzt hast verraumltdir welches Arbeitsblatt du bearbeiten sollst
Um zu sehen welches Arbeitsblatt du bearbeitensollst guckst du in die letzte Spalte Die Nummerund das Symbol sind auch ganz oben auf demArbeitsblatt zu sehen
Wenn du Material benoumltigst ist auch diesesgekennzeichnet So weiszligt du immer welchesMaterial zu welchem Arbeitsblatt gehoumlrt
Viel Spaszlig mit der Lernleiter
Klicke auf das Feld um direkt zum Arbeitsblatt zugelangen
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1 Aneignung Der Atombau
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Der RutherfordlsquoscheStreuversuch
Arbeitsabschnitt 1
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1 Aneignung Der Atombau
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Die Radioaktivitaumlt wurde 1896 von Antoine Henri Becquerel entdeckt Ab dieser Zeit begannen zahlreiche Forscher mitihr zu experimentieren Einer dieser Wissenschaftler war Ernest Rutherford
Er hatte sich einen Versuchsaufbau uumlberlegt mit dessen Hilfe er Goldfolie die aus nur 1000 Schichten vonGoldatomen bestand mit α-Teilchen beschieszligen konnte α-Teilchen sind eine Form der radioaktiven Strahlung
In seinem so genannten Streuversuch nutzte Rutherford das radioaktive Element Radium als Strahlungsquelle das ermit seinem Bleiblock umschloss Durch eine kleine Oumlffnung konnten die α-Teilchen austreten und gezielt auf dieGoldfolie gerichtet werden Um den Verlauf der radioaktiven Strahlen nachzuverfolgen stellte er rund um dieGoldfolie einen Fotoschirm auf Trafen die α-Teilchen auf den Fotoschirm hinterlieszligen sie eine schwarze Verfaumlrbung
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1 Aneignung Der Atombau
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Abbildung 1 Aufbau des Rutherfordrsquoschen Streuversuchs
Aufgabe 1
Abbildung 1 zeigt den Aufbau des Versuchs von Ernest Rutherford Beschriftet zunaumlchst die Abbildung mit Hilfe der Informationen im Einleitungstext
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1 Aneignung Der Atombau
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Aufgabe 2 Abbildung 2 zeigt vier moumlgliche Versuchsergebnisse Welches der Ergebnisse haltet ihr fuumlr wahrscheinlich Begruumlndet eure Vermutung
1) 2)
3) 4)
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Abbildung 2 Moumlgliche Versuchsergebnisse des Rutherfordrsquoschen Streuversuchs(angelehnt an W Asselborn M Jaumlckel amp K T Risch [Hrsg] (2010) Chemie heuteKontextorientierte Lehrermaterialien Teil 2 Sek I Braunschweig Schroedel)
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Aufgabe 3
Startet die Animation zur Versuchsdurchfuumlhrung
a) Schaut euch zunaumlchst den Ablauf des Versuchs an (in der Animation unten rechts 1 Versuch) Mit Hilfe der Felder unten links koumlnnt ihr verschiedene Ansichten waumlhlen
b) Notiert eure Beobachtungen Nutzt dazu folgende Begriffe ablenken Bleiblock Filmstreifen Goldfolie reflektieren durchdringen α-Strahlen
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1 Aneignung Der Atombau
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Aufgabe 4 a) Lest euch den nachfolgenden Eintrag von Rutherford in sein Labortagebuch durch
b) Schaut euch nun den zweiten Teil der Animation an (unten rechts 2 Erklaumlrung am Atommodell)
Rutherfords Eintrag in sein LabortagebuchErstaunlich Eigentlich haumltte ich erwartet dass ein Groszligteil der α-Teilchen zuruumlckgeworfen wird Der Fotoschirm hinter der Goldfolie haumltte weiszlig bleiben muumlssen nur vor der Goldfolie haumltten schwarze Verfaumlrbungen zu sehen sein muumlssen Aber stattdessen ist fast der gesamte Bereich hinter der Goldfolie schwarz gefaumlrbt vorn ist allerdings kaum etwas zu sehen Fast alle α-Teilchen konnten die Goldfolie ungehindert passieren Wie muss also das Atom aussehenIch stelle mir das Atom als ein Kern-Huumllle-Modell vor Ein Groszligteil des Atoms muss aus leerem Raum bestehen Diesen Bereich nenne ich Atomhuumllle Aber es muss auch einen kleinen Bereich geben in dem sich etwas befindet Diesen Bereich nenne ich Atomkern Der Atomkern muss positiv geladen sein da er die ebenfalls positiv geladenen α-Teilchen abgestoszligen hat In der Atomhuumllle muss es negativ geladene Teilchen geben denn das Atom ist insgesamt neutral Ich nenne die Teilchen in der Atomhuumllle Elektronen Die Elektronen muumlssen aber winzig klein sein und fast kein Gewicht also fast keine Masse haben
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c) Vergleicht die Vorstellung vom Atom nach Dalton (Teilchenmodell) mit Rutherfords Uumlberlegungen zum Aufbau der Atome (Kern-Huumllle-Modell) indem ihr folgende Tabelle ausfuumlllt
Daltons Teilchenmodell Rutherfords Kern-Huumllle-Modell
Darstellung des Atoms
Beschreibung des Atoms
Zu erwartendes Versuchsergebnis im Streuversuch
Hinweis Versucht euch vorzustellen wie das Versuchsergebnis in Rutherfords Streuversuch aussehen muumlsste wenn die Goldfolie aus Atomen aufgebaut waumlre die dem Teilchenmodell nach Dalton entspraumlchen
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Der AtomkernArbeitsabschnitt 2
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Rutherfords Erkenntnisse zum Atomaufbau loumlsten einen wahren Forschungsboom aus der zu einembesseren Verstaumlndnis uumlber die Bestandteile eines Atoms fuumlhrte
Nach Rutherfords Modellvorstellung besteht ein Atom aus einem positiv geladenen Atomkern derzwar 999 der Masse des Atoms enthaumllt aber ca 60000-mal kleiner als das gesamte Atom ist Umden Atomkern befindet sich die negativ geladene Atomhuumllle die fast masselos ist
Aber aus welchen Bestandteilen bestehen nun der Atomkern und die Atomhuumllle genau Um dieseFrage zu beantworten versuchen wir uns zunaumlchst mithilfe eines Modellversuchs vorzustellen wieder Atomkern aufgebaut sein koumlnnte
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Anleitung Um eine Vorstellung zum Aufbau des Atomkerns zu entwickeln benutzen wir zwei Magnete Haltet zwei identische Pole der Magnete aneinander und beobachtet was passiertVersucht nun die Magnete moumlglichst eng zusammen zu bringen ohne dass sie durch etwas oder jemanden festgehalten werden Hierfuumlr duumlrft ihr weitere Hilfsmittel benutze
Anleitung Um eine Vorstellung zum Aufbau des Atomkerns zu entwickeln benutzen wir zwei Magnete Haltet zwei identische Pole der Magnete aneinander und beobachtet was passiert Versucht nun die Magnete moumlglichst eng zusammen zu bringen ohne dass sie durch etwas oder jemanden festgehalten werden Hierfuumlr duumlrft ihr weitere Hilfsmittel benutzen
Aufgabe 1 a) Beschreibt wie ihr bei dem Modellversuch vorgegangen seid Welche(s) Hilfsmittel habt ihr benutzt
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b) Notiert eure Beobachtungen
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c) Beschreibt welche Funktion euer Hilfsmittel in dem Modellversuch hat
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Aufgabe 2
Uumlberlegt nun als Schlussfolgerung aus dem Versuch wie ein Atomkern aufgebaut sein koumlnnte
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Der Aufbau des AtomkernsArbeitsabschnitt 3
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Rutherford konnte mithilfe seiner Experimente zeigen dass Atome keine unteilbaren Teilchen sind sondern aus weiteren Teilchen bestehen Er hat seine Erkenntnisse in der Kern-Huumllle-Theorie zusammengefasst
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Der AtomkernMan geht davon aus dass sich im Atomkern kleine positiv geladene Teilchen die Protonen befinden Die Atome unterschiedlicher Elemente im Periodensystem haben eine unterschiedliche Anzahl an Protonen im Atomkern Dabei ist Wasserstoff mit nur einem Proton im Kern das kleinste und einfachste Element Helium hat zwei Protonen in seinem Atomkern
Die Anzahl an Protonen im Atomkern eines Elements wird als Kernladungszahl bezeichnet Im Periodensystem sind die Elemente nach steigender Anzahl ihrer Protonen im Atomkern sortiert Somit entspricht die Kernladungszahl eines Elements seiner Ordnungszahl im Periodensystem Aber wie kommt es nun dass sich die positiv geladenen Protonen im Atomkern nicht gegenseitig abstoszligen Zusaumltzlich zu den Protonen befinden sich auch Neutronen im Atomkern Sie sind neutral haben selbst also keine Ladung und lagern sich zwischen die Protonen an So sorgen Neutronen dafuumlr dass sich die Protonen trotz gleicher Ladung nicht abstoszligen Die Nukleonenzahl gibt die Anzahl von Protonen und Neutronen in einem Atom an
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Die Masse eines AtomsDer Atomkern ist etwa 60000-mal kleiner als das Atom selbst Das entspricht ungefaumlhr der Groumlszligeeines Stecknadelkopfs in einem Heiszligluftballon Trotzdem bildet der Atomkern fast das gesamteGewicht eines Atoms Man sagt Er traumlgt fast die gesamte Masse Man geht heute davon aus dassProtonen und Neutronen ungefaumlhr gleich schwer sind Sie wiegen etwa000000000000000000000000166 g Da dies aber eine ziemlich kleine Zahl ist mit der man nurschlecht rechnen kann hat man fuumlr die Masse eines Atoms die Einheit u eingefuumlhrt Dabeientspricht 1 u der Masse eines Protons oder eines Neutrons
Damit setzt sich die gesamte Masse eines Atoms aus der Masse der Protonen und Neutronen imAtomkern zusammen Der Atomkern eines Chloratoms besteht z B aus 17 Protonen und 18Neutronen Deshalb hat Chlor eine Masse von 35 u Im Periodensystem wird die Masse eines Atomsdurch die Massenzahl angegeben
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Schaut man jedoch genau im Periodensystem der Elemente nach betraumlgt die Masse einesChloratoms nicht genau 35 u sondern ist dort mit 3548 u angegeben Da jeder Kernbaustein aberdie Masse 1 u hat sollten Atome doch eigentlich ganzzahlige Atommassen besitzen denn es gibtkeine halben Kernbausteine Ursache dafuumlr ist dass sich die Atome des gleichen Elements in ihrerNeutronenzahl unterscheiden koumlnnen So besteht Chlor zu 242 aus Atomen mit 20 Neutronen(1737119862119862119862119862) und zu 758 aus Atomen mit 18 Neutronen (1735119862119862119862119862) Im Periodensystem wird nur diedurchschnittliche Masse der Chloratome (3548 u) angegebenAtome des gleichen Elements die sich nur in der Anzahl der Neutronen unterscheiden werdenIsotope genannt (gr iso gleich gr topos Ort) da sie an gleicher Stelle im Periodensystem stehen
Isotope Atome mit gleicher Protonenzahl aber unterschiedlicher Neutronenzahl
Um die durchschnittliche Atommasse des Chlor-Atoms von 3548 u zu bestimmen setzt man dieprozentualen Anteile der Isotope zueinander in Beziehung
0242 ∙ 37 u + 0758 ∙ 35 u = 35484 u
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Aufgabe 1
Beschreibe aus welchen Bausteinen sich der Atomkern zusammensetzt Gib die Ladung und die Masse der Bausteine an Erklaumlre warum der Atomkern aus verschiedenen Bausteinen besteht
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Aufgabe 2 Vergleiche deine Uumlberlegungen zum Aufbau des Atomkerns aus dem Modellversuch (AB 2) mit den Informationen im Text a) Uumlberlege dir wofuumlr die Magnete im Modellversuch standen und was die Hilfsmittel verdeutlichen sollten
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b) Welche Ordnungszahl haumltte das Atom aus dem Modellversuch
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c) Welche Masse haumltte der Atomkern aus dem Modellversuch
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Aufgabe 3
Kreuze alle richtigen Aussagen an
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements unterscheiden sich in der Anzahl der Protonen
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements haben die gleiche Massenzahl
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements haben die gleiche Ordnungszahl
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements enthalten gleich viele Neutronen wie Protonen
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Der Atomkern
Arbeitsabschnitt 4
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Aufgabe 1 Setze die folgenden Begriffe an der richtigen Stelle im Text ein
Atomhuumllle | Atomkern | Isotope | Kern-Huumllle-Modell | Kernladungszahl | Masse | massefrei | Massenzahl | Neutron | Neutronen | Neutronen | Ordnungszahl | positiv | positiv | Proton | Protonen | Protonen | Protonen| Rutherford |
____________________ beschreibt in seinem ____________________ den Aufbau eines Atoms Demnachbesteht ein Atom aus einer negativ geladenen ____________________ und einem ____________________geladenen ____________________ Dieser ist zusammengesetzt aus ungeladenen ____________________ und____________________ geladenen ____________________ Sie bilden zusammen fast die gesamte Masse einesAtoms Dabei wiegen sowohl ein ________________________ als auch ein ____________________ jeweils 1 uDie Atomhuumllle ist dagegen fast ____________________Im Periodensystem der Elemente gibt die ____________________ an wie schwer ein Atom ist Zusaumltzlich kannman anhand der ____________________ ablesen wie viele ____________________ sich im Kern befinden Sieentspricht gleichzeitig auch der ____________________ die Auskunft uumlber die Anzahl der positiven Ladungen imKern gibtAtomkerne eines Elements haben immer die gleiche Anzahl an ____________________ Sie koumlnnen sich aber inder Anzahl der ____________________ unterscheiden Solche Atome eines Elements nennt man____________________
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Aufgabe 2
In der Aneignungsphase habt ihr einen Modellversuch zum Aufbau eines Atomkerns mithilfe zweier Magnetendurchgefuumlhrt Erklaumlre welche Eigenschaften des Atomkerns man mithilfe des Modellversuchs zeigen konnte
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Aufgabe 3 Ergaumlnze die freien Felder der Tabelle
Name der Atomsorte Masse des Atoms [in u] (Massenzahl)
Anzahl der Protonen(Ordnungszahl)
Anzahl der Neutronen
Kalium 39 19
Aluminium 13 14
Phosphor 31 15
Selen 79 45
Sauerstoff 8 8
Ytterbium 173 103
Stickstoff 14 7
Gold 197 79
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Aufgabe 4
Auch Wasserstoff-Atome koumlnnen sich in ihrer Masse unterscheidenNeben Wasserstoff-Atomen 1
1119867119867 die nur ein Proton enthalten gibt es auch zwei Isotope die sogar besondere Namenerhalten haben 12119867119867 wird Deuterium und 1
3119867119867 Tritium genannt
Fertige eine Skizze der Atomkerne dieser Isotope 11119867119867 12119867119867 und 1
3119867119867 an
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Aufgabe 5
Gib die Anzahl der Protonen und Neutronen fuumlr die in der Tabelle aufgefuumlhrten Isotope an Berechne aus derenHaumlufigkeit die durchschnittlichen Massenzahlen fuumlr die jeweiligen Isotopengemische Vergleiche die berechnetenWerte mit den Angaben im Periodensystem
Isotopen-Gemisch
Protonen Neutronen Masse der Isotope
Haumlufigkeit der Isotope
Massenzahl des Gemisches
Berechnet Perioden-system
Lithium 6 6 u 6
Lithium 7 7 u 94
Magnesium 24 24 u 79
Magnesium 25 25 u 10
Magnesium 26 26 u 11
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1 Selbsteinschaumltzung Der Atombau
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Selbsteinschaumltzungsbogen
Arbeitsabschnitt 5
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1 Selbsteinschaumltzung Der Atombau
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Nun sollst du dein erworbenes Wissen uumlber den Aufbau eines Atomkerns einschaumltzen
Bearbeite im Anschluss diejenige Aufgabe die zu der Faumlhigkeit in der Tabelle gehoumlrt bei der du zuerst bdquoDabin ich mir unsicherldquo oder bdquoDas kann ich noch nichtldquo angekreuzt hast
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1 Selbsteinschaumltzung Der Atombau
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Meine Faumlhigkeiten Das kann ich Da bin ich fast sicher
Da bin ich mir unsicher
Das kann ich noch nicht Uumlbungsaufgaben
Ich kann die Bestandteile eines Atomkerns benennen
Ich kann den Unterschied zwischen derMassenzahl und der Ordnungszahleines Elements beschreiben
Ich kann beschreiben wie sich zweiIsotope eines Elements unterscheiden
Ich kann den Aufbau des Atomkerns eines Elements beschreiben wenn ich seine Ordnungszahl und Massenzahl kenne
Ich kann die Anordnung von Protonen und Neutronen im Atomkern erklaumlren
Ich kann die durchschnittlicheMassenzahl eines Atoms anhand der prozentualen Anteile seiner Isotope berechnen
Wenn du bei den oberen Aussagen immer bdquoDas kann ichldquo angekreuzt hast dann bearbeite bitte folgende Aufgabe
1 A
1 A
1 A
1 B
1 B
1 B
1 C
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1A individuelle Uumlbung Der Atombau
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Das Spiel zum Atomkern
Arbeitsblatt 6
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1A individuelle Uumlbung Der Atombau
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Spielanleitung
1 Finde dich mit einer Mitschuumllerin oder einem Mitschuumller zusammen dieder ebenfalls diese Aufgabe bearbeitet
2 Holt euch die Spielkarten mischt diese gut durch und verteilt sie gleichmaumlszligig an jede Schuumllerinjeden Schuumller
3 Jede Karte enthaumllt auf der Vorderseite eine Frage und auf der Ruumlckseite eine Antwort zu einer anderen Frage Eine Schuumllerinein Schuumller beginnt und liest ihreseine Frage vor Beide suchen dann in ihren Karten nach der passenden Antwort
4 Hat eine Schuumllerinein Schuumller die Antwort gefunden liest sieer vor Nun wird diese Karte umgedreht und die naumlchste Frage auf ihrer Ruumlckseite vorgelesen
5 Wenn ihr das Spiel beendet habt bearbeitet die nachfolgenden Aufgaben
Hinweis Ihr koumlnnt als Hilfestellung den Text bdquoDer Aufbau des Atomkernsldquo nutzen
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1A individuelle Uumlbung Der Atombau
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Aufgabe 1 Setze dir das Ziel einen kurzen Lexikoneintrag zu folgenden Begriffen zu schreiben
Proton
Neutron
Ordnungszahl
Massenzahl
Kernladungszahl
Isotope
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1A individuelle Uumlbung Der Atombau
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Aufgabe 2 Beschreibe den Aufbau eines Atomkerns
Nutze dazu die Begriffe und Definitionen aus Aufgabe 1
Uumlberpruumlfe ob du den Inhalt richtig verstanden hast indem du dein Ergebnis mit den Begriffen
und Definitionen aus Aufgabe 1 und dem Text bdquoDer Aufbau des Atomkernsldquo abgleichst Denke nach
der Uumlberpruumlfung an
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1B individuelle Uumlbung Der Atombau
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Wortraumltsel zum Atombau
Arbeitsabschnitt 7
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1B individuelle Uumlbung Der Atombau
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Spielanleitung1 Finde dich mit einer Mitschuumllerin oder einem Mitschuumller zusammen dieder ebenfalls diese Aufgabe bearbeitet
2 Holt euch die Spielkarten mischt diese gut durch und verteilt sie gleichmaumlszligig mit der beschrifteten Seite nachunten liegend an jede Schuumllerinjeden Schuumller
3 Auf der Karte befindet sich ein Oberbegriff den die Mitspielerinder Mitspieler erraten soll Derjenige der denOberbegriff beschreibt muss alle darunter stehenden Begriffe bei der Beschreibung verpflichtend verwenden
4 Wichtig bei der Beschreibung ist dass der Ratende wartet bis der andere seine Beschreibung abgeschlossen undalle Begriffe verwendet hat Erst dann sollte der Oberbegriff genannt werden Es geht hierbei also nicht umSchnelligkeit
5 Hat der Ratende den Oberbegriff richtig genannt bekommt dieser die Spielkarte und kann sie auf den Stapel dergewonnenen Karten legen Wird der Oberbegriff nicht richtig erraten wird die Karte auf einen separaten Stapelmit allen anderen nicht erratenen Karten gelegt
6 Wenn ihr das Spiel beendet habt bearbeitet die nachfolgenden Aufgaben
Bevor ihr mit dem Spiel beginnt denkt daran euch ein Ziel zu setzen Ein moumlgliches Ziel waumlre z B bdquoIch kann den Aufbau des Atomkerns vollstaumlndig beschreibenldquo
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Aufgabe 1
Schaut euch zunaumlchst den Stapel mit den nicht erratenen Oberbegriffen an Formuliert nun zusammen eine Beschreibung des Oberbegriffs mithilfe der darunter stehenden Woumlrter
(Hinweis Ihr koumlnnt als Hilfestellung den Text bdquoDer Aufbau des Atomkernsldquo nutzen)
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Aufgabe 2Beschreibt nun den vollstaumlndigen Aufbau eines Atomkerns in einem Text indem ihr alle Oberbegriffe des Spiels nutzt
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Element Isotope (Anteil in ) Ergebnis
Sauerstoff 816O (998 ) 8
18O (02 )
Silicium 1428Si (922 ) 14
29Si (47 ) 1430Si ( 31 )
Schwefel 1632S (950 ) 16
33S (08 ) 1634S (42 )
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Aufgabe 3 In der Tabelle befindet sich die Isotopenverteilung verschiedener Elemente Berechnet die durchschnittlicheAtommasse
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Uumlberpruumlft nun ob ihr eure Ziele erreichen konntetHabt ihr alles richtig gemachtKlickt dazu auf die Gluumlhbirne auf den jeweiligen Seiten um zur Loumlsung zu gelangenFalls ihr noch Fehler findet dann reagiert und verbessert sie in euren Unterlagen
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Die geheimnisvolle Black-Box
Arbeitsabschnitt 8
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Wie arbeite ich mit der Box
Nachfolgend findest du einige Infokarten Aufgabenkarten und Strukturierungskarten zu der geheimnisvollenBox
Mit den Infokarten kannst du zusaumltzliche Informationen erfahren die dir beim Loumlsen der Aufgaben helfen
Den Aufgabenkarten kannst du die Aufgaben entnehmen die du bearbeiten sollst und ob du sie allein oder mitdeiner Partnerindeinem Partner bearbeitest Wichtig ist dass du die Aufgabenkarten so abarbeitest wie hieraufgefuumlhrt sind und dass du dich genau an die Vorgaben haumlltst
Die Strukturierungskarten sollen dir helfen dein Vorgehen zu planen
Deine Uumlberlegungen kannst du direkt auf den Folien dokumentieren
Viel Spaszlig
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Die geheimnisvolle Box
Max und Finja bekamen den Auftrag mit ihrem Hund Woumllfchen spazieren zu gehen Lust hatten die beiden natuumlrlichkeine Max wollte viel lieber das Buch bdquoDie Schatzinselldquo zu Ende lesen Als die beiden so durch den Wald liefen rissWoumllfchen ploumltzlich aus und lief durch das dichte Unterholz bdquoEr hat bestimmt ein Kaninchen gewittertldquo bdquoSchnellhinterherldquo rief Finja Schnell holten sie Woumllfchen ein der bereits ein tiefes Loch gegraben hatte in dem etwasDunkles Eckiges zum Vorschein kam bdquoSieh mal eine Kisteldquo rief Max Die beiden halfen Woumllfchen dabei die Kistefreizulegen bdquoVielleicht ist ein Schatz darinldquo dachte Max Als sie die Kiste vom Dreck befreit hatten suchten sie nacheinem Riegel oder Schloss um die Kiste zu oumlffnen Aber sie fanden nichts Die Kiste hatte auch keinen Deckel den manhaumltte oumlffnen koumlnnen Lediglich an der Seite war ein Loch Max versuchte hineinzusehen aber auszliger Dunkelheit warnichts zu erkennen Aber es war auf jeden Fall etwas drin da waren sie sich sicher Sie nahmen die Kiste mit um spaumltermit ihren Freunden die geheimnisvolle Kiste zu erkunden
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Aufgabenkarte 1(Hier arbeitest du allein)
Hilf Max und Finja dabei herauszufinden was in der Box ist Untersuche dazu die Kiste ohne sie zu oumlffnen Du darfstdafuumlr verschiedene Hilfsmittel verwenden die Kiste drehen oder auch schuumltteln Aber Die Kiste darf niemals geoumlffnetwerden
bull Notiere dein Vorgehen deine Beobachtungen und deine Schlussfolgerungen moumlglichst detailliertbull Stelle eine Hypothese zum inneren Aufbau der Box auf indem du eine Skizze dazu anfertigstbull Die nachfolgende Strukturierungskarte hilft dir vielleicht bei der Untersuchung
Hier ist Platz fuumlr deine Ideen Notizen und Zeichnungen
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Strukturierungskarte
Uumlberlege dir welche Materialien gut geeignet sind um das Innere der Box zu erkunden
Uumlberlege dir wie du beim Erkunden vorgehst
Uumlberlege dir aufgrund deiner gemachten Beobachtungen wie das Innere der Box aussehen koumlnnte
Bitte nicht weiterblaumlttern bevor du alle Aufgaben bearbeitet hast
Hier ist Platz fuumlr deine Ideen Notizen und Zeichnungen
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Aufgabenkarte 2
(Hier arbeitest du mit einem Partner)
Vergleiche dein Vorgehen und deine Skizze mit den Ergebnissen deiner Partnerindeines Partnersbull Nennt die Gemeinsamkeiten und Unterschiedebull Beurteilt die einzelnen Hypothesen hinsichtlich ihrer Aussagekraft uumlber das Innere der Boxbull Notiert eure Uumlberlegungen
Bitte nicht weiterblaumlttern bevor du alle Aufgaben bearbeitet hast
Hier ist Platz fuumlr deine Ideen Notizen und Zeichnungen
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Aufgabenkarte 3 ndash Teil 1
(Hier arbeitest du mit einer Partnerineinem Partner)
Max und Finja haben genau wie ihr die Box untersucht und sind zu unterschiedlichen Hypothesen uumlber das Innere derBox gekommen Finja behauptet nun bdquoEs gibt keine richtige Skizze zum Inneren der Box so lange sie verschlossenbleibtldquo
Bewertet Finjas Aussage Was bedeutet das fuumlr eure Hypothese
Hier ist Platz fuumlr deine Ideen Notizen und Zeichnungen
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Aufgabenkarte 3 ndash Teil 2
(Hier arbeitest du mit einer Partnerineinem Partner)
Max erinnert sich dass sie im Chemieunterricht erst das Teilchenmodell von Demokrit besprochen haben um damitdie Teilchen zu beschreiben die man nicht sehen kann und aus denen alles besteht Demokrit hatte sich dies aufgrundvon Experimenten uumlberlegt Spaumlter haben sie das Dalton-Atommodell verwendet und erst vor kurzem haben sieerfahren dass Rutherford mit seinen Experimenten neue Erkenntnisse uumlber den Atombau gewonnen hat Denn erkonnte feststellen dass ein Atom aus einem Kern und einer Huumllle besteht Rutherford konnte so das Atom mit demKern-Huumllle-Modell beschreiben Ist das nicht so aumlhnlich wie Finjas und Maxlsquo Untersuchung an der geheimnisvollen Box
Vergleicht eure Untersuchung mit der Forschung zum Atombau und erklaumlrt weshalb die Kiste nicht geoumlffnet werdendarf Der Infotext 1 auf der naumlchsten Seite koumlnnte euch dabei helfen
Erklaumlrt warum eure Skizzen Anschauungsmodelle zum Inneren der Box sind
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Infotext 1
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Atomforschung Physiker und Chemiker moumlchten herausfinden wie Atome aussehenWie wir aber wissen sind Atome sehr klein sodass wir sie nicht mit unseren Augenoder einem Mikroskop sehen koumlnnen Um Informationen uumlber den Aufbau derMaterie zu erhalten fuumlhren Forscher Experimente durch Hierbei kann aber keindirektes Bild von Atomen entstehen Die Forscher erhalten stattdessen viele Daten inForm von Spannungswerten Werten zu Lichtintensitaumlten oder Impulsraten unterbestimmten Streuwinkeln Daraus werden mithilfe von Computern Bilder (Modelle)uumlber den Aufbau der Stoffe ermittelt Immer mehr Erkenntnisse ergeben dann einegenauere Vorstellung von der Struktur der Materie Diese Vorstellungen sind Modelle
Daltons Denkmodell
bull Atome sind die Grundbausteine aller
Stoffe
bull Sie koumlnnen durch chemische Vorgaumlnge
weder erzeugt noch vernichtet oder
ineinander umgewandelt werden
bull Ein Element ist aus lauter gleichen
Atomen aufgebaut
bull hellip
Abb 1 Dalton denkt in Modellen
Modelle und Wirklichkeit Modelle sind vereinfachte Abbildungen der Wirklichkeit die bestimmte Aspekte erklaumlrenoder darstellen sollen Ein Modell ist daher nicht richtig oder falsch sondern brauchbar oder unbrauchbar um einebestimmte Fragestellung zu erklaumlren Folglich muss man je nach gewuumlnschter Funktion unterschiedliche Modellekennen und nutzen Es gibt kein bdquoModell fuumlr Allesldquo
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Denkmodelle Um Sachverhalte in der Chemie zu erklaumlren entwickelt man Vorstellungen uumlber die Ablaumlufe in derNatur Diese Vorstellungen sind Denkmodelle mit denen der reale Vorgang stark vereinfacht beschrieben wird (Abb1) Damit ermoumlglicht man den Blick auf das Wesentliche um eine Beobachtung zu erklaumlren Das Denkmodell mussdann auf seine Tauglichkeit getestet werden Dazu werden Hypothesen auf der Grundlage des Modells entwickelt undmit geeigneten Experimenten uumlberpruumlft
Anschauungsmodelle Hat sich ein Denkmodell bewaumlhrt wird daraus haumlufig ein Anschauungsmodell entwickelt DieFunktion eines Anschauungsmodells ist es aus den Erklaumlrungen die mit dem Denkmodell entwickelt wurden einebildhafte Vorstellung abzuleiten
So ein Anschauungsmodell kann beispielsweise eine Zeichnung eines Kristallgitters oder ein Molekuumllbaukasten mitseinen bunten Kugeln als Vertreter der Atome sein Im Anschauungsmodell werden oftmals Details hinzuerfunden dieim Denkmodell und in der Wirklichkeit nicht vorhanden sind Beispielsweise besitzen Atome in der Realitaumlt keineFarben in einem Molekuumllbaukasten wird den Kugeln je nach Element eine Farbe zugeordnet So stellen schwarzeKugeln in der Regel Kohlenstoff-Atome dar weiszlige Kugeln stehen fuumlr Wasserstoff-Atome rote fuumlr Sauerstoff-Atome
Diese Unterscheidung ist praktisch um die Atome im Molekuumllbaukasten besser auseinander halten zu koumlnnenDagegen wird bei den Kugeln im Molekuumllbaukasten die Unterscheidung der Elemente durch ihre Protonenanzahlvernachlaumlssigt Diese Aussage ist fuumlr die Funktion des Modells nicht wichtig und beim Verwenden des Modellsunpraktisch
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Aufgabenkarte 4(Hier arbeitest du mit einer Partnerineinem Partner)
Beschreibe die Aumlhnlichkeiten deiner Untersuchung mit einer typischen Untersuchung die nach demnaturwissenschaftlichen Erkenntnisprozess durchgefuumlhrt wird Der Infotext 2 auf der naumlchsten Folie kann dir dabeihelfen
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Infotext 2Erkenntnisprozess ndash Experimentieren wie Thomas Alva Edison
Wenn der Forscher Thomas Alva Edison ein Problem loumlsen wollte ging er dabei immer nach einem festen Schema vor Dieses Schema besteht aus vier Schritten Problem Idee Experiment und Schlussfolgerung
Im ersten Schritt versuchte Edison immer zuerst sein Problem genau zu beschreiben Dennnur so konnte er sich im Anschluss selbst fragen wie er dieses Problem loumlsen koumlnnte
Die Antwort auf die Frage wie das Problem zu loumlsen sei kann manals Idee zur Problemloumlsung bezeichnen Mit dieser Idee konnteEdison ein Experiment planen mit dem er die Idee uumlberpruumlfenkonnte Dazu musste er natuumlrlich schon im Vorfeld eine Erwartunghaben wie das Ergebnis des Experiments aussehen muumlsste umseine Idee zu uumlberpruumlfen
Als drittes fuumlhrte Edison das Experiment durch das er sich zur Pruumlfung der Idee uumlberlegthatte und notierte mit Sorgfalt seine Beobachtungen waumlhrend des Experiments Dann pruumlfteer genau ob diese Beobachtungen seinen Erwartungen entsprachen
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Im letzten Schritt zog Edison immer eine Schlussfolgerung Wenn die Beobachtungen denerwarteten Ergebnissen entsprachen war seine Idee richtig und das Problem geloumlst Wenn dieBeobachtungen nicht den Erwartungen entsprachen fragte Edison zunaumlchst ob dasExperiment wirklich geeignet war um seine Idee zu pruumlfen Er fragte sich auch ob er vielleichtbei der Durchfuumlhrung des Experiments einen Fehler gemacht hatte und wiederholte dasExperiment noch einmal
Wenn Edison sichergestellt hatte dass das Experiment geeignet war und er bei der Durchfuumlhrung des Experimentskeinen Fehler gemacht hatte dies aber zu keiner anderen Beobachtung fuumlhrte und die Ergebnisse nicht denErwartungen entsprachen wusste er dass seine Idee falsch war Dann begann er erneut mit der Suche nach einer Ideemit der er sein Problem loumlsen konnte
Auf der naumlchsten Seite siehst du in Abb 3 Edisons Schema noch einmal vollstaumlndig
Quelle httpswwwuni-duedeimperiamdcontentchemiedidaktikag-sumflethloesungsbeispiele_ erkenntnisgewinnungpdf
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Abb
3D
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2 Aneignung Schalenmodell
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Die Atomhuumllle
Arbeitsabschnitt 1
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2 Aneignung Schalenmodell
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Wie du bereits weiszligt fand der englische Physiker Ernest Rutherford beim Experimentieren heraus dassjedes Atom aus einem Atomkern und einer Atomhuumllle aufgebaut ist
Der Atomkern ist elektrisch positiv geladen und besteht aus den positiv geladenen Protonen sowie denneutralen Neutronen Da das Atom insgesamt neutral ist folgerte Rutherford dass die Atomhuumllle ausnegativ geladenen Teilchen gebildet wird Diese Teilchen werden Elektronen genannt und mit dem Symbole- dargestellt Neutronen Protonen und Elektronen werden zusammen als Elementarteilchen bezeichnetDie Anzahl der Elektronen in der Atomhuumllle entspricht genau der Anzahl der Protonen im Kern wodurchsich die Ladungen ausgleichen und das Atom insgesamt neutral ist Elektronen sind 10000-mal leichter alsProtonen und kreisen um den KernDoch wie sind die Elektronen in der Atomhuumllle genau angeordnet Um diese Frage zu beantwortenversuchen wir uns zunaumlchst mithilfe eines Anschauungsmodells vorzustellen wie die Atomhuumllle aufgebautsein koumlnnte
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 1Das Magnesiumatom besitzt 12 Protonen und somit auch 12 Elektronen Um eine Vorstellung vom Aufbau derAtomhuumllle zu entwickeln uumlberlegt zu zweit wie die Elektronen eurer Vorstellung nach in der Huumllle des Magnesium-Atoms angeordnet sind Zeichnet die Elektronen als Punkte rechts in dem runden Feld ein Wofuumlr stehen das Feld unddie Bleistift-Punkte
Feld________________________________________
Bleistift-Punkte ____________________________________
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 2
Formuliert eine Vermutung wie die Elektronen eurer Vorstellung nach in der Atomhuumllle angeordnet sind
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 3 Zeichne zwei weitere Ergebnisse deiner Mitschuumller in die Felder
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2 Aneignung Schalenmodell
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Die Ionisierungsenergie
Arbeitsabschnitt 2
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2 Aneignung Schalenmodell
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Durch Anlegen von Spannung lassen sich aus der Atomhuumllle Elektronen entfernen Die dafuumlr benoumltigte Energie heiszligtIonisierungsenergie Wie du in Diagramm 1 erkennen kannst hat das Magnesium-Atom zwoumllf Elektronen mitunterschiedlich hohen Ionisierungsenergien Zwei Elektronen haben eine sehr niedrige Ionisierungsenergie (Elektron 11und 12) und zwei Elektronen eine sehr hohe Ionisierungsenergie (Elektron 1 und 2) Die Ionisierungsenergie deranderen Elektronen liegt dazwischen Je geringer die Ionisierungsenergie des jeweiligen Elektrons ist desto groumlszliger istsein Abstand zum Kern und desto leichter laumlsst sich das Elektron aus der Atomhuumllle entfernen Die Houmlhe derIonisierungsenergie wird von der Staumlrke der Anziehung zwischen dem positiven Kern und dem negativen Elektronbestimmt Je naumlher sich die beiden sind desto staumlrker ist ihre Anziehungskraft und umso mehr Energie wird benoumltigtum das Elektron zu entfernen Das Elektron mit der geringsten Ionisierungsenergie ist daher am weitesten vomAtomkern entfernt Die Elektronen mit houmlheren Ionisierungsenergien haben folglich einen geringeren Abstand zumKern
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Diagramm 1 Ionisierungsenergien des Magnesium-Atoms (Die Zahlen unter den Saumlulen stehen fuumlr die Elektronen 1 bis 12)
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2 Aneignung Schalenmodell
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Zwischen den Elektronen 2 und 3 sowie den Elektronen 10 und 11 gibt es groszlige Unterschiede in denIonisierungsenergien Daraus kann man schlieszligen dass diese Elektronen unterschiedlich weit vom Kern entfernt sindUmgekehrt geht man davon aus dass Elektronen mit einer aumlhnlich groszligen Ionisierungsenergie ungefaumlhr gleich weitvom Kern entfernt sind Man sagt dass sich diese Elektronen auf derselben Energiestufe befinden
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Diagramm 1 Ionisierungsenergien des Magnesium-Atoms (Die Zahlen unter den Saumlulen stehen fuumlr die Elektronen 1 bis 12)
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 1a) Welche der Elektronen in Diagramm 1 haben eine annaumlhernd gleich hohe Ionisierungsenergie und befinden sichsomit auf derselben Energiestufe Leite aus Diagramm 1 ab wie viele Energiestufen das dort aufgefuumlhrte Atom besitzt
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_____________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Diagramm 1 Ionisierungsenergien des Magnesium-Atoms (Die Zahlen unter den Saumlulen stehen fuumlr die Elektronen 1 bis 12)
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2 Aneignung Schalenmodell
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b) Welche Elektronen haben laut Diagramm 1 den geringsten Abstand zum Kern __________________
Und welche Elektronen haben den groumlszligten Abstand zum Kern _____________________
In Diagramm 1 wurden die Elektronen nummeriert Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Nummerierung und dem Abstand der Elektronen zum Kern
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____________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Diagramm 1 Ionisierungsenergien des Magnesium-Atoms (Die Zahlen unter den Saumlulen stehen fuumlr die Elektronen 1 bis 12)
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 2a) Uumlberpruumlfe mit deinem Nachbarn ob eure Hypothese vom vorherigen Arbeitsabschnitt bdquoDie Atomhuumllleldquo zu den Informationen uumlber die Ionisierungsenergie passt b) Uumlberarbeitet nun euer Modell indem ihr neue Punkte einzeichnet Uumlbertragt eure uumlberarbeitete Anordnung der Elektronen in das Feld
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2 Aneignung Schalenmodell
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c) Begruumlndet warum ihr denkt dass diese Anordnung der Theorie besser entspricht
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2 Aneignung Schalenmodell
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Das SchalenmodellArbeitsabschnitt 3
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2 Aneignung Schalenmodell
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Im letzten Arbeitsabschnitt 2 hast du die Ionisierungsenergie kennengelerntDu hast erfahren dass jedes Elektron eines Atoms eine andere Ionisierungsenergie hat und dassElektronen die nah am Kern sind eine houmlhere Ionisierungsenergie haben als Elektronen die weit entferntvom Kern sindDu weiszligt dass Elektronen mit aumlhnlich hohen Ionisierungsenergien derselben Energiestufe zugeordnetwerden da sie eine aumlhnliche Entfernung zum Kern haben
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2 Aneignung Schalenmodell
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Auf dieselbe Idee kam im Jahr 1913 auch der daumlnische Physiker Niels Bohr (1885-1962) Er entwickeltedaraus eine Theorie vom Aufbau der Atomhuumllle und nannte sie Schalenmodell Das Schalenmodell besagtdass sich die Elektronen nur auf bestimmten Bahnen bewegen die aumlhnlich wie die Schalen einer Zwiebelkreisfoumlrmig um den Kern angeordnet sind In diesen Elektronenschalen kreisen die Elektronen mit hoherGeschwindigkeit um den Atomkern Die Schalen werden von innen nach auszligen mit den Buchstaben K LM hellip bezeichnet und auch von innen nach auszligen mit Elektronen besetzt Die letzte besetzte Schale wirdals Auszligenschale bezeichnet Jede Schale kann nur eine begrenzte Anzahl an Elektronen aufnehmen die K-Schale zwei die L-Schale acht und die M-Schale als Auszligenschale ebenfalls acht Gibt es noch weitereSchalen kann die M-Schale bis zu 18 Elektronen aufnehmen Kommt bei einem Element mit der naumlchstenOrdnungszahl ein Elektron hinzu findet es Platz in der letzten noch nicht voll besetzten Schale Ist diesegefuumlllt kommt das naumlchste Elektron in eine neue Auszligenschale In Abbildung 1 seht ihr die Besetzung derElektronenschalen am Beispiel Aluminium
78Abbildung 1 Schalenmodell des Aluminium-Atoms
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 1 a) Fuumllle das Schaubild mit den Begriffen aus dem Kasten
K-Schale
Elektronenschalen
Energiestufen
M-Schale
Kern
Elektron
L-Schale
=
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2 Aneignung Schalenmodell
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b) In welcher Reihenfolge werden die K- L- und die M- Schale besetzt Trage die Reihenfolge als Nummer in die Kaumlstchen ein
L-Schale K-Schale M-Schale
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 2Im Restaurant bdquoZur Schaleldquo gibt es neun Zweiertische die in drei Reihen angeordnet sind Die Mitarbeiterinnen undMitarbeiter achten bei der Verteilung der Sitzplaumltze stets darauf dass sich der Tisch moumlglichst nah an der Kuumlchebefindet damit die Wege zum Bedienen kurz sind Auszligerdem werden Personen nach Moumlglichkeit alleine an einen Tischgesetzt Nur wenn es in einer Reihe keinen leeren Tisch mehr gibt wird der naumlchste Gast zu einem anderen Gast anden Tisch gesetzt Erst wenn eine Reihe voll ist und weitere Gaumlste kommen werden die Tische der naumlchsten Reihebesetzt Heute stehen Schalentiere auf der Speisekarte und der Andrang ist groszlig
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 2 a) Als das Restaurant um 18 Uhr oumlffnet betreten acht Personen den Raum Verteile die Gaumlste an die Tische indem du sie in die untere Abbildung einzeichnestb) Eine Stunde spaumlter kommen weitere sieben Gaumlste Ergaumlnze sie in der unteren Abbildungc) Wofuumlr stehen die Kuumlche die Tischreihen und die Gaumlste
Kuumlche
___________________________Tischreihen
___________________________Gaumlste
___________________________
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 3 Besetze die folgenden Schalenmodelle mit Elektronen Zeichne die Elektronen als Punkte ein Finde anschlieszligend heraus um welches Atom es sich handelt
a) b)
c)
Das Atom besitzt insgesamt 15 ElektronenDavon befinden sich zwei Elektronen auf derK-Schale acht auf der L-Schale und fuumlnf aufder M-SchaleUm welches Atom handelt es sich
Das Atom besitzt insgesamt neun ElektronenDavon befinden sich _____ Elektronen auf derK-Schale und _____ auf der L-SchaleUm welches Atom handelt es sich
Das Atom besitzt insgesamt 12 ElektronenDavon sind _____ Elektronen auf der K-Schale _____ auf der L-Schale und _____ aufder M-SchaleUm welches Atom handelt es sich
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Das SchalenmodellArbeitsabschnitt 4
84
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 1 Setze die folgenden Begriffe an der richtigen Stelle im Text einAtomhuumllle | Atomhuumllle | Atomkern | Elektronen | Elektronen | Elektronen | Energiestufen | entfernen | Ernest Rutherford | Ionisierungsenergie | K | M | neutral | Neutronen | Niels Bohr | Ordnungszahl | Protonen | Schalen | schwerer
Durch seinen Streuversuch hat ____________________ herausgefunden dass ein Atom aus einer____________________ und einem _______________________ besteht In der Atomhuumllle befinden sich dienegativen __________________ und im Atomkern die neutralen ___________________ sowie die positiven__________________ Da ein Atom insgesamt ___________________ ist muss es genauso viele Protonen (p+)wie ___________________ (e-) enthalten Die ____________________ gibt Auskunft daruumlber wie vieleProtonen ein Atom besitzt Gleichzeitig gibt die Ordnungszahl auch die Zahl der _________________ anProtonen sind 10000-mal __________________ als Elektronen Die leichten Elektronen kreisen in hoherGeschwindigkeit in der ____________________ um den KernDas Kern-Huumllle-Modell von Rutherford wurde von ______________________ weiterentwickelt Bohr fandheraus dass sich Elektronen nur auf ganz bestimmten _____________________ befinden koumlnnen Um einElektron aus der Atomhuumllle zu _______________ muss Energie aufgewandt werden Diese Energie wird___________________ genannt Die verschiedenen Energiestufen werden auch als ________________bezeichnet Die Schale ganz innen heiszligt ____________ -Schale die folgende L-Schale und die danach ________-Schale
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 2 Ergaumlnze das Schaubild mit den passenden Begriffen
16
OMassenzahl
(Anzahl der ___________________
+ ______________________)
8Sauerstoff
Ordnungszahl
(Anzahl der ___________________
= Anzahl der _____________________)
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 3 Bestimme die Elektronenzahl der folgenden Elemente
1632119826119826
a) Sauerstoff __________ b) Kohlenstoff __________ c) Lithium __________
d) Calcium __________ e) Aluminium __________
+ +
+
f) Schwefel __________
12
6Kohlenstoff
C
Ca40
Calcium20
Kern
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 4
a) Thomas weiszlig dass das Stickstoff-Atom 7 Elektronen besitzt Auch vom Schalenmodell hat er schon einmal gehoumlrt weiszlig aber nicht wie er die Schalen mit Elektronen korrekt besetzt Erlaumlutere wie Thomas bei der Besetzung der Schalen mit Elektronen vorgehen muss und wie viele Elektronen die Schalen jeweils aufnehmen koumlnnen
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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b) Besetze das Schalenmodell des Stickstoff-Atoms mit Punkten als Elektronen
Gehe dabei wie in a) beschrieben vor
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 5Besetze die Schalenmodelle mit Elektronen Verwende anstelle der Punkte das Symbol e-
a) Kohlenstoff b) Lithium c) Schwefel
Wofuumlr steht das Symbol e- ___________________________
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2 Selbsteinschaumltzung Schalenmodell
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Selbsteinschaumltzungsbogen
Arbeitsabschnitt 5
91
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2 Selbsteinschaumltzung Schalenmodell
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Nachfolgend findest du einige Faumlhigkeiten formuliert die du waumlhrend der letztenUnterrichtsstunden zum Thema bdquoAtomhuumllleldquo erworben haben solltest
Bitte schaumltze selbststaumlndig ein ob du die behandelten Inhalte verstanden hast und bearbeiteanschlieszligend die passende Uumlbungsaufgabe zu deinem Wissen
Denke daran dass du bitte die Aufgabe auswaumlhlst bei der du in der Tabelle als Erstes bdquoDa bin ich mirunsicherldquo oder bdquoDas kann ich noch nichtldquo angekreuzt hast
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2 Selbsteinschaumltzung Schalenmodell
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Meine Faumlhigkeiten Das kann ich Da bin ich fast sicher
Da bin ich mir unsicher
Das kann ich noch nicht Uumlbungsaufgaben
Ich kann die Ladung eines Elektrons angeben
Ich kann beschreiben wie die Atomhuumllle im Schalenmodell aufgebaut ist
Ich kann die Huumllle eines gegebenen Atoms mithilfe des Schalenmodells besetzen
Ich kann den Aufbau der Huumllle eines gegebenen Atoms ausfuumlhrlich beschreiben
Ich kann die Anzahl der ElektronenNeutronen und Protonen aus der angegebenen Symbolschreibweise eines Atoms angeben
Ich kann Vorteile und Grenzen des Kern-Huumllle-Modells und des Schalenmodells angeben
Wenn du bei den oberen Aussagen immer bdquoDas kann ichldquo angekreuzt hast dann bearbeite bitte folgende Aufgabe
2 A
2 A
2 A
2 B
2 B
2 B
2 C93
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2A individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Dominospiel zum Schalenmodell
Arbeitsabschnitt 6
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2A individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 1 Ihr kennt nun verschiedene Modelle die den Aufbau eines Atoms beschreiben Zwei davon sind das Kern-Huumllle-Modell und das Schalenmodell
Beschreibt auf der folgenden Seite die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Modelle in einem kurzen Text Verwendet die Begriffe aus dem Kasten
Atomhuumllle Atomkern Elektron Elektronenschale
1 Das Schalenmodell 2 Das Kern-Huumllle-Modell
95
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Atomhuumllle Atomkern Elektron Elektronenschale
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
96
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2A individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 2 Zeichnet in die Schalenmodelle die angegebene Anzahl an Elektronen (Symbol e-) ein Um welche Atome handelt es sich
Zur Erinnerung Die Schalen werden von innen nach auszligen besetzt
Die K-Schale kann 2 Elektronen aufnehmen die L-Schale 8 und die M-Schale ebenfalls 8
97
a) Ordnungszahl 8 b) Ordnungszahl 13 c) Ordnungszahl 17
_____________________ _____________________ _____________________
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2A individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 3Erinnert euch daran was die Ionisierungsenergie ist Wenn ihr euch unsicher seid schaut euch noch einmal imArbeitsabschnitt 2 aus der Aneignung nach
Lest die Aussagen in der untenstehenden Tabelle Diskutiert anschlieszligend welche der aufgefuumlhrten Aussagen richtigsind Begruumlndet eure Wahl schriftlich
98
trifft zu trifft nicht zu
Die Ionisierungsenergie ist die Energie die aufgewendet werden muss um der Atomhuumllle ein Elektron hinzuzufuumlgen Begruumlndung
Je houmlher die Ionisierungsenergie eines Elektrons ist desto staumlrker ist die Anziehungskraft zum Kern Begruumlndung
Die Ionisierungsenergie von Auszligenelektronen ist immer gleich hoch Begruumlndung
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2A individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 4 Hinweis Fuumlr diese Aufgabe benoumltigt ihr als Material die Domino-Karten Achtet beim Herausnehmen der Karten auf das richtige Symbol der Lernleiter
a) Die Dominokarten sind heruntergefallen und in Unordnung geraten Legt sie in der richtigen Reihenfolge aneinander
99
Setze dir dabei das Ziel die Elektronenverteilung auf die Schalen eines Atoms zu verstehen
Wenn ihr das Domino fertig gelegt habt uumlberpruumlfe ob du dein Ziel erreicht hast indem du die Ergebnisse mit dem Loumlsungsblatt abgleichst
Denk daran Wenn du einen Fehler findest korrigiere ihn in deinen Unterlagen
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b) Die letzte Karte ist in dem Durcheinander leider verloren gegangen Da ihr eurem Lehrer ein vollstaumlndiges Domino-Spiel zuruumlckgeben moumlchtet habt ihr die letzte Karte nachgebastelt (siehe Abbildung) Es fehlen nur noch dieElektronen Zeichnet sie als Punkte ein
100
ENDE
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Elementarteilchen und Schalenmodell
Arbeitsabschnitt 7
101
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Aufgabe 1Notiere zu den Elementen die Anzahl der Protonen Neutronen und Elektronen
120783120783120783120783120785120785120785120785119826119826 120783120783120785120785
120785120785120784120784119808119808119808119808 120783120783120783120783120785120785119810119810
Protonen ___________________
Neutronen _________________
Elektronen__________________
Protonen ___________________
Neutronen _________________
Elektronen__________________
Protonen ___________________
Neutronen _________________
Elektronen__________________
102
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Aufgabe 2 Ergaumlnze die freien Felder
103
Name des Atoms Masse des Atoms [in u]
Anzahl Protonen Anzahl Neutronen
Anzahl Elektronen
Selen 79 45
Sauerstoff 8 8
Gold 197 79
Natrium 12 11
Argon 40 18
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Aufgabe 3
104
Setze dir das Ziel die Elektronenverteilung auf die Schalen eines Atoms zu verstehen Beschreibe dazu den Aufbau des Schalenmodells eines Natrium-Atoms in einem kurzen Text
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
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Aufgabe 4a) Zeichne in das Schalenmodell des Natrium-Atoms die Elektronen mit dem Symbol e- ein
Nummeriere die Elektronen in der Reihenfolge in der du sie eingezeichnet hast
105
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b) Trage nun in das Diagramm die ungefaumlhren Ionisierungsenergien fuumlr jedes Elektron des Natrium-Atoms als Saumlulenein
106
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ioni
sieru
ngse
nerg
ie
Diagramm 1 Ionisierungsenergien des Natrium-Atoms
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c) Fuumlr welche Elektronen hast du eine geringe Ionisierungsenergie eingezeichnet und fuumlr welche eine hohe Begruumlnde
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
107
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Aufgabe 5Du kennst verschiedene Modelle die den Aufbau eines Atoms beschreiben Zwei davon sind das Kern-Huumllle-Modell und das Schalenmodell
108
Abbildung 1 Das Schalenmodell eines Natrium-Atoms Abbildung 2 Das Kern-Huumllle-Modell
Setze dir das Ziel die verschiedenen Atommodelle zu verstehen und unterscheiden zu lernen
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a) Stelle die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Modelle in einem Text dar
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
109
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2B individuelle Uumlbung Schalenmodell
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b) Du kennst die Ionisierungsenergie als die Energie die benoumltigt wird um ein Elektron aus der Atomhuumllle zuentfernen Forscher haben dies an einem Natrium-Atom durchgefuumlhrt und dabei beobachtet dass das Atom nach derEntfernung eines Elektrons kleiner war als vorher Zeichne zunaumlchst das Schalenmodell eines Natrium-Atoms nach derEntfernung eines Elektrons in die Abbildung
Erlaumlutere die Beobachtung der Forscher mit Hilfe des Schalenmodells
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
110
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2B individuelle Uumlbung Schalenmodell
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c) Das Kern-Huumllle-Modell hat Grenzen Man kann damit z B nicht erklaumlren warum das Atom nach der Entfernungeines Elektrons kleiner wurde Begruumlnde weshalb man diese Feststellung mit dem Kern-Huumllle-Modell nicht erklaumlrenkann
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
111
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2B individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Hast du alles richtig gemacht und damit deine Ziele erreicht Uumlberpruumlfe deine Loumlsungen mithilfe der Musterloumlsungen
Wenn du noch Fehler findest dann korrigiere sie
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Die Entfernung von Elektronen aus der Atomhuumllle
Arbeitsabschnitt 8
113
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Aufgabe 1a) Uumlberlege dir was der Begriff bdquoAtomradiusldquo meint und notiere eine Definition
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
114
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2C individuelle Uumlbung Schalenmodell
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b) Stelle Vermutungen auf wie sich die Groumlszlige der Atomradien eines Natrium- Kalium- und eines Aluminiumatoms zueinander verhalten Begruumlnde deine Vermutungen
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
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c) Um zu uumlberpruumlfen ob deine Vermutung aus b) zum Aluminium-Atom stimmt fuumlhre den folgenden Modellversuch durch
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Anleitung Lege einen Magneten auf den linken Kreis und drei Magneten uumlbereinander auf den rechten Kreis (farbige Seite nach oben) Vier Magnete werden auf den unteren Kreis gelegt (farbige Seite nach unten) Schiebe nun die unteren Magneten mithilfe eines Stifts (ohne Metall) entlang der Linie nach oben
Ein Elektron auf der aumluszligerstenSchale des Natrium-Atoms
Drei Elektronen auf der aumluszligerstenSchale des Aluminium-Atoms
Protonen im Kern
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Was kannst du beobachten Welche Schluumlsse kannst du daraus ziehen
Korrigiere gegebenenfalls deine Vermutung in b)
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
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Setze dir das Ziel die Bedeutung der Ionisierungsenergie eines Elektrons zu verstehen
Die nachfolgenden Aufgaben sollen dir bei der Erreichung dieses Ziels helfen
118
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Aufgabe 2 Zeichne das Schalenmodell eines Natrium-Atoms und nummeriere die Elektronen in der Reihenfolge in der du sie eingezeichnet hast Trage anschlieszligend in das Diagramm die ungefaumlhren Ionisierungsenergien fuumlr jedes Elektron als Saumlulen ein
119
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Abbildung 2 Ionisierungsenergien des Natrium-Atoms
Ioni
sieru
ngse
nerg
ie
Abbildung 1 Schalenmodell eines Natrium-Atoms
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Aufgabe 3 Stelle Vermutungen auf wie sich das Natrium-Atom aus Aufgabe 2 veraumlndert wenn ein Elektron entfernt wirdOrientiere dich an den folgenden Punkten
120
bull Uumlberlege dir welches Elektron am ehesten entfernt werden kann Begruumlnde deine Uumlberlegung
bull Zeichne nun das Natrium-Atom im Schalenmodell nach Entfernung des Elektrons in den daneben stehenden Kasten
bull Schreibe einen kurzen Text in welchem du das veraumlnderte Atom beschreibst
Welche Schluumlsse ziehst du daraus
_______________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
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Aufgabe 4Betrachtet man bei einem Atom die Ionisierungsenergie des Elektrons das am weitesten vom Kern entfernt ist sprichtman von der bdquo1 Ionisierungsenergieldquo Als bdquo2 Ionisierungsenergieldquo wird die Ionisierungsenergie bezeichnet dieaufgebracht werden muss um das Elektron das am zweitweitesten vom Kern entfernt ist zu entfernen
Bei einem Natrium-Atom ist die 2 Ionisierungsenergie ungefaumlhr neunmal groumlszliger als die 1 Ionisierungsenergie Beieinem Magnesium-Atom ist die 2 Ionisierungsenergie nur etwa doppelt so groszlig wie die erste Warum ist derUnterschied bei einem Natrium-Atom groumlszliger als bei einem Magnesium-Atom
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
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2C individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 5Zur Info Wurde aus einem Atom ein Elektron entfernt wird dies kenntlich gemacht indem das Elementsymbol ein bdquo+ldquoerhaumllt z B Na+ Wurde umgekehrt ein Elektron hinzugefuumlgt ergaumlnzt man das Elementsymbol um ein bdquo-ldquo z B Cl-
Welcher Radius ist groumlszliger Setze lt oder gt ein
122
lt oder gt Li Li+
K+ KF- F Li NaH+ HeBr Br-
Na+ Na
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2C individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Hast du dein Ziel erreicht Uumlberpruumlfe deine Loumlsungen mithilfe der Musterloumlsungen zu diesem Arbeitsabschnitt
Wenn du noch Fehler findest dann korrigiere sie
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Die Ordnung im Periodensystem der
Elemente (PSE)
Arbeitsabschnitt 1
124
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Das Periodensystem der Elemente hat eine bestimmte Ordnung Die einzelnen Elemente stehen nichtzufaumlllig neben- und untereinander Eine Ordnung entsteht indem ein Kriterium ausgewaumlhlt und dieElemente dann nach diesem Kriterium geordnet werden
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Aufgabe 1
Auf dem beiliegenden Arbeitsblatt (Bastelbogen in Papierform) ist ein Periodensystem mit den Schalenmodellen derjeweiligen Elemente abgedruckt
a) Schneide die fehlenden Schalenmodelle aus und klebe sie an die richtige Stelle im Periodensystem
b) Ergaumlnze fuumlr jedes Element das Elementsymbol die Ordnungszahl und die Protonenzahl Das Elementsymbol wird injedes Feld jeweils oben links geschrieben die Ordnungszahl unten links und die Protonenzahl in den Kern (z B 14Protonen = 14 p+)
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Aufgabe 2
Versucht in Partnerarbeit die Ordnungskriterien in eurem gebastelten Periodensystem abzuleitenFormuliert mindestens zwei Kriterien nach denen die Elemente angeordnet sind
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Aufgabe 3 Vergleicht das Periodensystem in eurem Buch mit dem das ihr gerade gebastelt habt
a) Welche Gemeinsamkeiten koumlnnt ihr finden Nennt mindestens vier
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
b) Worin unterscheiden sich die beiden Periodensysteme Nennt mindestens vier Unterschiede
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Der Aufbau des Periodensystems der Elemente
Arbeitsabschnitt 2
129
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Im Periodensystem (PSE) finden wir eine bestimmte Anordnung der Elemente Betrachtet man das PSE von links nach rechts so bleibt die Zahl der besetzten Schalen der Elemente innerhalb einer Zeile gleich jedoch kommt in der Auszligenschale von links nach rechts pro Element immer ein Elektron dazu Die Zeilen in denen sich die Zahl der Schalen nicht aumlndert nennen wir Periode Die einzelnen Perioden werden mit arabischen Zahlen benannt die im PSE links neben den einzelnen Perioden stehen (z B 1 Periode 2 Periode hellip) Die Nummer der Periode gibt auch die Zahl der besetzten Schalen an die die einzelnen Elemente innerhalb der Periode haben Schaut man sich das PSE von oben nach unten an so bleibt die Zahl der Elektronen auf der Auszligenschale gleich Die Elektronen auf der aumluszligersten Schale werden auch Auszligenelektronen oder Valenzelektronen genannt die aumluszligerste Schale kann als Auszligenschale oder auch Valenzschale bezeichnet werden Eine solche Gruppe von Elementen mit gleicher Anzahl an Valenzelektronen in der Valenzschale wird Hauptgruppe genannt Im PSE steht uumlber den Elementen der Hauptgruppen eine roumlmische Zahl die die Nummer der Hauptgruppe angibt (z B I Hauptgruppe II Hauptgruppe hellip) Innerhalb einer Hauptgruppe kommt von oben nach unten jeweils eine Schale hinzuDie Elemente innerhalb einer Hauptgruppe haben ein aumlhnliches chemisches Verhalten Daraus kann man ableiten dass das chemische Verhalten der Elemente von der Anzahl ihrer Valenzelektronen bestimmt wird Bei der Betrachtung des Periodensystems faumlllt auf dass kein Element mehr als acht Valenzelektronen besitzt Eine mit acht Elektronen besetzte Valenzschale ist voll besetzt und kann zunaumlchst keine weiteren Elektronen aufnehmen Die Elemente der achten Hauptgruppe erfuumlllen die Oktett-Regel die besagt dass Elemente mit acht Valenzelektronen besonders stabil sind und damit kaum mit anderen Reaktionspartnern in einer chemischen Reaktion zu neuen Stoffen reagieren Die Elemente der achten Hauptgruppe werden auch Edelgase genannt Eine Ausnahme bildet die innerste Schale (K-Schale) Diese ist mit zwei Elektronen bereits voll besetzt und erfuumlllt die Oktett-Regel daher auch schon mit zwei Elektronen
130
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Aufgabe 1 Vervollstaumlndige die folgenden Merksaumltze zum Periodensystem
1 Die Elektronen der aumluszligeren Schalen heiszligen ___________________________ oder __________________
_____________________
2 Eine Gruppe von Elementen mit der gleichen Anzahl an Elektronen auf der aumluszligersten Schale nennen wir
______________________________
3 ______________________________ heiszligt eine Zeile im Periodensystem in der Elemente stehen die die
gleiche Anzahl an Schalen haben
4 Die Oktett-Regel lautet ___________________________________________________________________
______________________________________________________________________ Eine Ausnahme
davon stellt die _______________________________________ dar
5 Die chemischen Eigenschaften der Elemente haumlngen von ________________________________________
______________________________________________________________ ab
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Wie du gelernt hast ist die Zahl der Valenzelektronen verantwortlich fuumlr das chemische Verhalten eines Elements Dadas Zeichnen der Schalenmodelle aber recht aufwendig ist hat sich eine andere Schreibweise durchgesetzt dieLewis-Schreibweise genannt wirdBei der Lewis-Schreibweise werden nur das Elementsymbol und die Valenzelektronen aufgeschrieben Die einzelnenValenzelektronen werden als Punkte um das Elementsymbol herum angeordnet Dafuumlr gibt es vier bdquoPlaumltzeldquo linksrechts oberhalb und unterhalb des Elementsymbols Sind mehr als vier Valenzelektronen vorhanden werden jeweilszwei Elektronen zu Zweierpaumlckchen (einem Elektronenpaar) zusammengefasst und als Strich neben dasElementsymbol geschrieben Hier siehst du zwei Beispiele
Cl
Be
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3 Aneignung SchalenmodellPeriodensystem
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Aufgabe 2 Zeichne zu den folgenden Schalenmodellen die Lewis-Schreibweise
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3 Basisuumlbung SchalenmodellPeriodensystem
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Das Periodensystem
Arbeitsabschnitt 3
134
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3 Basisuumlbung SchalenmodellPeriodensystem
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Aufgabe 1
a) Trage in dein gebasteltes Periodensystem die fehlenden Begriffe auf die Striche ein
Waumlhle dafuumlr die vier richtigen Begriffe aus der folgenden Liste aus Atomkern Elektron Element HauptgruppeOktett-Regel Ordnungszahl Periode Protonen Schalen Valenzelektronen
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3 Basisuumlbung SchalenmodellPeriodensystem
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Aufgabe 2 a) Zeichne das vollstaumlndige Schalenmodell des Elements Schwefel in den Kreis
b) Beschreibe den Zusammenhang zwischen dem Schalenmodell und der Nummer der Hauptgruppe in der Schwefel steht
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
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3 Basisuumlbung SchalenmodellPeriodensystem
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c) Der Zusammenhang aus b) gilt auch fuumlr die anderen Elemente im Periodensystem Formuliere eine Regel
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
d) Welches Element bildet eine Ausnahme von der Regel Begruumlnde
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
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3 Basisuumlbung SchalenmodellPeriodensystem
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e) Formuliere die Oktett-Regel
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
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3 Basisuumlbung SchalenmodellPeriodensystem
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Aufgabe 3 a) Vervollstaumlndige die folgende Tabelle Nimm dein gebasteltes Periodensystem zur Hilfe
Element-name
Element-symbol
Periode Haupt-gruppe
Zahl der Schalen
Zahl der Valenz-
elektronen
Buchstabeder
Valenzschale
Lewis-Schreib-
weise
Natrium Na
Krypton
2 4
4 3
4 M
7 L
3 7
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3 Selbsteinschaumltzung SchalenmodellPeriodensystem
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Selbsteinschaumltzungsbogen
Arbeitsabschnitt 4
140
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3 Selbsteinschaumltzung SchalenmodellPeriodensystem
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Schaumltze deine Faumlhigkeiten zum Thema bdquoSchalenmodell und Periodensystemldquo mithilfe dernachfolgenden Aussagen ein und bearbeite anschlieszligend die fuumlr dich passende Uumlbungsaufgabe
141
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3 Selbsteinschaumltzung SchalenmodellPeriodensystem
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Meine Faumlhigkeiten Das kann ich Da bin ich fast sicher
Da bin ich mir unsicher
Das kann ich noch nicht
Uumlbungsaufgaben
Ich kann die Begriffe Hauptgruppe und Periode definieren
Ich kann erklaumlren was man unter der Oktett-Regel versteht
Ich kann die Kriterien nennen nach denen die Elemente im Periodensystem geordnet sind
Ich kann das Element Chlor in Lewis-Schreibweise darstellen
Ich kann aus dem Aufbau eines Elements im Schalenmodell seine Position im Periodensystem ableiten und umgekehrt
Ich kann Unterschiede und Gemeinsamkeiten verschiedener Darstellungsformen des Periodensystems benennen
In kann ein Element mit der Lewis-Schreibweise darstellen wenn ich seinen Aufbau im Schalenmodell oder seine Position im Periodensystem kenne
Wenn du bei den oberen Aussagen immer bdquoDas kann ichldquo angekreuzt hast dann bearbeite bitte folgende Aufgabe
3 A
3 A
3 A
3 A
3 B
3 B
3 B
3 C 142
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Kreuzwortraumltsel zum Periodensystem
Arbeitsblatt 5
143
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Aufgabe 1 a) Loumlse das Kreuzwortraumltsel Die Fragen findest du auf der naumlchsten Seite Einige Loumlsungswoumlrter sind bereits vorgegeben Formuliere dazu die passende Frage Wenn du dir unsicher bist schaue dir noch einmal Arbeitsabschnitt 2 aus der Aneignung an (bdquoszligldquo wird im Kreuzwortraumltsel zu bdquossldquo)
b) Das Loumlsungswort enthaumllt die Buchstaben des Namens eines beruumlhmten Wissenschaftlers den du bereits aus anderen Milestones kennst Bringe die Buchstaben in die richtige Reihenfolge um das Loumlsungswort zu erhalten
144
Bevor du mit der Bearbeitung des Arbeitsabschnitts beginnst denke daran dir ein Ziel zu setzen das du mithilfe dieses Arbeitsabschnitts erreichen willst Vielleicht helfen dir dabei die Faumlhigkeiten aus dem Selbsteinschaumltzungsbogen
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V A L E N Z S C H A L E
O K T E T T - R E G E L
A U S S E N E L E K T R O N E N
Fragen
1 Wie nennt man die Spalten im Periodensystem
2 Wie nennt man die Zeilen im Periodensystem
3 ___________________________________________________________________
_____________________________________________________________
4 Innerhalb einer Hauptgruppe nimmt die Zahl der hellip von oben nach unten zu
5 Innerhalb einer Periode nimmt die Zahl der hellip von links nach rechts zu
6 Bei einem Atom ist die Zahl der Protonen gleich der Zahl der hellip
7 Die Ordnungszahl entspricht der Zahl der hellip im Kern
8 ___________________________________________________________________
_____________________________________________________________
9 Die hellip Eigenschaften eines Elements haumlngen von der Zahl der Elektronen in der
aumluszligersten Schale ab
10 ___________________________________________________________________
_____________________________________________________________
11 Wie heiszligt das Element das in der zweiten Periode und der siebten Hauptgruppe
steht
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c) Ergaumlnze das Kreuzwortraumltsel indem du die folgenden Elemente in deinem Periodensystem suchst und den Namen
des Elements an eine moumlgliche Stelle im Kreuzwortraumltsel eintraumlgst
Zeichne die dafuumlr benoumltigten Kaumlstchen in das vorgegebene Raster ein
146
12 Wie heiszligt das Element das in der zweiten Periode und der achten Hauptgruppe steht
13 Wie heiszligt das Element das in der dritten Periode und der fuumlnften Hauptgruppe steht
14 Wie heiszligt das Element das in der vierten Periode und der ersten Hauptgruppe steht
Uumlberpruumlfe ob du dein Ziel das du dir am Anfang gesetzt hast erreichen konntest Dazu koumlnntest du z B schauen ob du das Loumlsungswort richtig herausfinden konntest
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Aufgabe 2 In der Aneignungsphase hast du die Lewis-Schreibweise kennengelernt Benenne die Bestandteile der Lewis-Schreibweise fuumlr das Element Fluor
147
F
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Welche Lewis-Schreibweise ist korrekt Kreuze an und begruumlnde Nimm dein Periodensystem zur Hilfe
a)
148
C Coder
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
b) Mg Mgoder
________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
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c)
149
Al oder Al________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
d) S Soder
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
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3A individuelle Uumlbung SchalenmodellPeriodensystem
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e) Notiere die Lewis-Schreibweise fuumlr die ersten vier Elemente des Periodensystems
f) Nenne zwei Informationen die du aus der Lewis-Schreibweise uumlber ein Element ablesen kannst
1____________________________________________________________________________________
2________________________________________________________________________________
150
H He Li Be
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g) Welche Informationen uumlber ein Element kann die Lewis-Schreibweise nicht liefern
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
151
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Aufgabe 3 Aus der Aneignungsphase kennst du bereits das Periodensystemder Elemente (PSE) In dieser Aufgabe sollst du nun das PSE aufeine neue Art und Weise kennen lernen ndash als ein buntes PSE
Finde dich dazu mit einem Mitschuumller oder einer Mitschuumllerinzusammen der die ebenfalls dieses Arbeitsblatt bearbeitet
152
a) Beschreibt genau wie die Formen und Farben im PSE angeordnet sind
_____________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Abbildung 1 Buntes PSE-Modell
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b) Vergleicht dieses PSE mit eurem selbst gebastelten Periodensystem aus Papier
bull Wofuumlr stehen die Farbe und die Form
bull Welche Zusammenhaumlnge eures Periodensystems aus Papier lassen sich durch dieses PSE verdeutlichen
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
153
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c) In der Tabelle seht ihr verschiedene Aussagen zu den Elementen Kreuzt an welches der beiden Periodensystemedie jeweilige Aussage stuumltzt
154
Aussage Buntes Periodensystem
Gebasteltes Periodensystem
bdquoWasserstoff hat andere chemische Eigenschaften als die anderen Elementeder ersten Hauptgruppeldquo
bdquoAtome eines Elements bestehen unter anderem aus Elektronenldquo
bdquoDie Elemente der zweiten Hauptgruppe haben aumlhnliche chemischeEigenschaftenldquo
bdquoJe houmlher die Periode ist desto groumlszliger ist das Atomldquo
bdquoDie Zahl der Elektronen nimmt innerhalb einer Periode von links nach rechtszuldquo
bdquoHelium hat aumlhnliche chemische Eigenschaften wie die anderen Elemente derachten Hauptgruppeldquo
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Vergleiche abschlieszligend deine Ergebnisse mit der Musterloumlsung Wenn du einen Fehler findest dann verbessere ihn in deinen Unterlagen
155
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Schwarzer-Peter-Spiel zum Periodensystem
Arbeitsabschnitt 6
156
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Bevor du mit den Aufgaben beginnst denke daran dir ein Ziel zu setzen das du mithilfe diesesArbeitsabschnitts erreichen willst Vielleicht helfen dir dabei ja Faumlhigkeiten aus demSelbsteinschaumltzungsbogen
157
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Aufgabe 1Findet euch zu fuumlnft zusammen Lest die Spielanleitung aufmerksam und bis zum Ende durch bevor ihr mit dem Spiel beginnt
Ziel des Spiels
Jeder Spieler versucht durch das Ziehen von Karten so viele Paumlrchen wie moumlglich zu bekommen Wer am Ende die Karte bdquoSchwarzer Peterldquo in der Hand haumllt hat das Spiel verloren und muss die Aufgabe auf der Karte erfuumlllen
158
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Spielanleitung1 Findet euch in Spielgruppen von fuumlnf Spielern zusammen
2 Mischt die 25 Karten durch und verteilt sie gleichmaumlszligig auf alle Spieler
3 Jeder Spieler kontrolliert ob er nach der Verteilung der Karten bereits Paumlrchen auf der Hand hat Diese darf er vor sich auf den Tisch legen
159
Paumlrchen Jedes Karten-Paumlrchen besteht aus einer Karte mit einem Schalenmodell und einer Karte die eine Angabe uumlber die Positiondes Elements im PSE enthaumllt Das Schalenmodell und die Positionsangabe muumlssen zum selben Element gehoumlren
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4 Der Spieler mit den meisten Karten auf der Hand darf beginnen und von einem beliebigen Mitspieler verdeckt eine Karte ziehen Erhaumllt er dadurch ein weiteres Paumlrchen darf er auch dieses vor sich auf den Tisch legen Ergibt sich kein Paumlrchen muss er die gezogene Karte zu den anderen Karten in die Hand nehmen
5 Der Mitspieler bei dem die Karte gezogen wurde ist als naumlchstes dran und darf bei einem Mitspieler seiner Wahl eine Karte ziehen
6 Wer am Ende nur noch den Schwarzen Peter in der Hand hat verliert das Spiel
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Aufgabe 2Nimm nach Beendigung des Spiels von fuumlnf Paumlrchen deiner Wahl die Karte mit der Positionsangabe und finde mithilfe deines Periodensystems die dazugehoumlrigen Elementnamen
Trage die Position und den Elementnamen in folgende Tabelle ein
161
Position im PSEElementname
Hauptgruppe Periode
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Aufgabe 3 Aus der Aneignungsphase kennst du bereits das Periodensystem der Elemente (PSE) In dieser Aufgabe sollst du nun das PSE auf eine neue Art und Weise kennen lernen ndash als ein buntes PSE
Finde dich dazu mit einem Mitschuumller oder einer Mitschuumllerin zusammen der die ebenfalls dieses Arbeitsblatt bearbeitet
162
a) Beschreibt genau wie die Formen und Farben im PSE angeordnet sind
_____________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Abbildung 1 Buntes PSE-Modell
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b) Vergleicht dieses PSE mit eurem gebastelten Periodensystem aus Papier Notiert euch Gemeinsamkeiten undUnterschiede der beiden Modelle
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
163
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c) Begruumlndet wie die Unterschiede der beiden PSEs zustande kommen
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
164
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Uumlberpruumlfe ob du dein Ziel das du dir am Anfang gesetzt hast erreichen konntest indem du z B deine Loumlsungen mit der Musterloumlsung vergleichst
165
Wenn du noch Fehler findest denk daran sie in deinen Unterlagen zu verbessern
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Modelldarstellungen im Periodensystem
Arbeitsabschnitt 7
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3C individuelle Uumlbung SchalenmodellPeriodensystem
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Bevor du mit den Aufgaben beginnst denke daran dir ein Ziel zu setzen das dumithilfe dieses Arbeitsabschnitts erreichen willst Vielleicht helfen dir dabei dieFaumlhigkeiten aus dem Selbsteinschaumltzungsbogen
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Aufgabe 1
Aus der Aneignungsphase kennst du bereits das Periodensystem der Elemente (PSE) In dieser Aufgabe sollst du nun das PSE auf eine neue Art und Weise kennen lernen ndash als buntes Karten-PSE
Finde dich dazu mit einem Mitschuumller oder einer Mitschuumllerin zusammen der die ebenfalls dieses Arbeitsblatt bearbeitet
Als Materialien benoumltigt ihr einen Beutel mit bunten Karten Die Materialien sind mit dem Symbol und der Nummerierung aus der Kopfzeile dieses Arbeitsblattes versehen
Stellt euch vor dass sich in der Tuumlte mit den bunten Karten chemische Elemente befinden wie sie euch aus dem PSE bekannt sind Sortiert die Karten nach ihren Eigenschaften
a) Ordnet sie so an dass Karten mit aumlhnlichen Eigenschaften nebeneinander- bzw untereinanderliegen
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b) Beschreibt welche Annahmen uumlber die Elemente zur Entwicklung des bunten Karten-PSEs gefuumlhrt haben
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
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c) Franziska und Frederik haben im Unterricht ebenfalls das bunte Karten-Periodensystem gebastelt Sie denken uumlber die Darstellung von Wasserstoff und Helium nach Franziska wundert sich bdquoWarum nimmt Wasserstoff im Vergleich zu Helium eine Sonderstellung im Modell ein Muumlsste es nicht andersherum sein da die Valenzelektronenzahl von Helium nicht mit der Valenzelektronenzahl der anderen Elemente seiner Hauptgruppe uumlbereinstimmtldquo Nehmt Stellung zu dieser Aussage
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
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Aufgabe 2 Franziska und Frederik unterhalten sich nach der Stunde uumlber das bunte Karten-PSE Stimmt ihr ihren Aussagen zu Begruumlndet
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Das bunte Karten-PSE ist keinrichtiges Periodensystem
Das bunte Karten-PSE enthaumllt viel mehrInformationen uumlber die Elemente als dasPSE das wir in der Aneignungsphasegebastelt haben
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
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Aufgabe 3Erinnert euch an die Ionisierungsenergie die ihr im vorherigen Milestone kennengelernt habt Von der bdquo1Ionisierungsenergieldquo spricht man wenn man lediglich die Ionisierungsenergie des am weitesten vom Kern entferntenElektrons meint Im folgenden Diagramm sind die 1 Ionisierungsenergien der Elemente der ersten und der achtenHauptgruppe aufgetragen
172
Ioni
sier
ungs
ener
gie
(ineV
)
Ordnungszahl
He
H
Li
Ne
Na
Ar
K
Kr
Rb
Xe
Cs
Rn
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Info Die EinheiteV steht fuumlrbdquoElektronenvoltldquound ist eineEinheit die fuumlrsehr kleineEnergien genutztwird
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a) Lest den Messwert der zu Natrium gehoumlrt moumlglichst genau ab und beschreibt was dieser Messwert bedeutet
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
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Ioni
sier
ungs
ener
gie
(ineV
)
Ordnungszahl
He
H
Li
Ne
Na
Ar
K
Kr
Rb
Xe
Cs
Rn
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
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b) Verbindet diejenigen Werte miteinander die zu Elementen derselben Periode gehoumlren Was faumlllt euch auf
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
174
Ioni
sier
ungs
ener
gie
(ineV
)
Ordnungszahl
He
H
Li
Ne
Na
Ar
K
Kr
Rb
Xe
Cs
Rn
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
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c) In der nachstehenden Tabelle sind weitere 1 Ionisierungsenergien verschiedener Elemente aufgefuumlhrt Tragt dieWerte in das nebenstehende Diagramm ein Beschreibt eure Beobachtung
175
NameElement-
symbol
Ordnungs-
zahl
1 Ionisierungs-
energie
Stickstoff N 7 145 eV
Phosphor P 15 105 eV
Chlor Cl 17 13 eV
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________Io
nisi
erun
gsen
ergi
e(in
eV)
Ordnungszahl
He
H
Li
Ne
Na
Ar
K
Kr
Rb
Xe
Cs
Rn
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
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d) Welche Gesetzmaumlszligigkeiten innerhalb einer Periode bzw einer Hauptgruppe koumlnnt ihr feststellen Schreibt einen kurzen Text in dem ihr diese beschreibt und erklaumlrt wie es zu dieser Gesetzmaumlszligigkeit kommt
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
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Aufgabe 4Abbildung 1 stellt das Element Bor auf verschiedene Weise dar
a) Benennt die beiden Darstellungsformen
177
B
Abbildung 1 Zwei Darstellungsformen von Bor
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b) Begruumlndet warum es diese verschiedenen Darstellungsweisen gibt indem ihr euch uumlberlegt zu welchem Zwecksie jeweils verwendet werden koumlnnen
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
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Uumlberpruumlfe ob du dein Ziel das du dir am Anfang gesetzt hast erreichen konntest indem du z B deine Loumlsungen mit der Musterloumlsung vergleichst
Wenn du noch Fehler findest denke daran sie in deinen Unterlagen zu verbessern
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Lernleiter zum Atombau
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Loumlsungen
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1 Aneignung Der Atombau
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Der RutherfordlsquoscheStreuversuch
Arbeitsblatt 1 -Loumlsungen
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1 Aneignung Der Atombau
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Abbildung 1 Aufbau des Rutherfordrsquoschen Streuversuchs
Aufgabe 1
Abbildung 1 zeigt den Aufbau des Versuchs von Ernest Rutherford Beschriftet zunaumlchst die Abbildung mit Hilfe der Informationen im Einleitungstext
Duumlnne GoldfolieFotoschirmBleiblock
Radium
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1 Aneignung Der Atombau
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Aufgabe 2 Abbildung 2 zeigt vier moumlgliche Versuchsergebnisse Welches der Ergebnisse haltet ihr fuumlr wahrscheinlich Begruumlndet eure Vermutung
1) 2)
3) 4)
Nach dem Teilchenmodell von Dalton sind die Teilchen massive Kugeln Damit muumlssten die darauf geschossenen α-Teilchen alle reflektiert werden Variante 4 waumlre wahrscheinlich
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1 Aneignung Der Atombau
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a) Schaut euch zunaumlchst den Ablauf des Versuchs an (in der Animation unten rechts 1 Versuch) Mit Hilfe der Felder unten links koumlnnt ihr verschiedene Ansichten waumlhlen
b) Notiert eure Beobachtungen Nutzt dazu folgende Begriffe ablenken Bleiblock Filmstreifen Goldfolie reflektieren durchdringen α-Strahlen
Die α-Strahlen die aus dem Bleiblock austreten durchdringen die Goldfolie zum groumlszligten Teil und treffen hinter der Goldfolie auf den Filmstreifen Nur wenige werden beim Auftreffen auf die Goldfolie abgelenkt oder reflektiert (Variante 2)
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1 Aneignung Der Atombau
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c) Vergleicht die Vorstellung vom Atom nach Dalton (Teilchenmodell) mit Rutherfords Uumlberlegungen zum Aufbau der Atome (Kern-Huumllle-Modell) indem ihr folgende Tabelle ausfuumlllt
Daltons Teilchenmodell Rutherfords Kern-Huumllle-Modell
Darstellung des Atoms
Beschreibung des Atoms Massive Kugelgleichmaumlszligige Verteilung der Masse
Positiv geladener Atomkern Atomhuumllle mit negativ geladenen Bausteinen (fast keine Masse) Groumlszligenverhaumlltnis Atomkern zu Atom 1 60000
Zu erwartendes Versuchsergebnis im Streuversuch
Variante 4 (aus Aufgabe 2) Variante 2 (aus Aufgabe 2)
Hinweis Versucht euch vorzustellen wie das Versuchsergebnis in Rutherfords Streuversuch aussehen muumlsste wenn die Goldfolie aus Atomen aufgebaut waumlre die dem Teilchenmodell nach Dalton entspraumlchen
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1 Aneignung Der Atombau
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Der Atomkern
Arbeitsblatt 2 - Loumlsungen
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1 Aneignung Der Atombau
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Anleitung Um eine Vorstellung zum Aufbau des Atomkerns zu entwickeln benutzen wir zwei Magnete Haltet zwei identische Pole der Magnete aneinander und beobachtet was passiertVersucht nun die Magnete moumlglichst eng zusammen zu bringen ohne dass sie durch etwas oder jemanden festgehalten werden Hierfuumlr duumlrft ihr weitere Hilfsmittel benutze
Anleitung Um eine Vorstellung zum Aufbau des Atomkerns zu entwickeln benutzen wir zwei Magnete Haltet zwei identische Pole der Magnete aneinander und beobachtet was passiert Versucht nun die Magnete moumlglichst eng zusammen zu bringen ohne dass sie durch etwas oder jemanden festgehalten werden Hierfuumlr duumlrft ihr weitere Hilfsmittel benutzen
Aufgabe 1 a) Beschreibt wie ihr bei dem Modellversuch vorgegangen seid Welche(s) Hilfsmittel habt ihr benutzt
Individuelle Schuumllerloumlsung
b) Notiert eure Beobachtungen
Zunaumlchst stoszligen sich die Magnete ab wenn sie naumlher zusammenkommen Legt man jedoch z B einen ungeladenen Gegenstand zwischen die Magnete kann man sie naumlher zusammenlegen ohne dass sie sich abstoszligen
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1 Aneignung Der Atombau
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c) Beschreibt welche Funktion euer Hilfsmittel in dem Modellversuch hat
Das Hilfsmittel schirmt die Magnete ab sodass sie sich nicht mehr (so stark) gegenseitig abstoszligen und naumlher aneinander liegen koumlnnen
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1 Aneignung Der Atombau
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Aufgabe 2
Uumlberlegt nun als Schlussfolgerung aus dem Versuch wie ein Atomkern aufgebaut sein koumlnnte
Im Atomkern befinden sich positiv geladene Teilchen (im Modell dargestellt durch die Magnete) Zwischen ihnen sindungeladene Teilchen (im Modell dargestellt durch das Hilfsmittel) angelagert weshalb sich die geladenen Teilchennicht abstoszligen Damit dienen die ungeladenen Teilchen der Stabilitaumlt des Kerns
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1 Aneignung Der Atombau
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Der Aufbau des Atomkerns
Arbeitsblatt 3 - Loumlsungen
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1 Aneignung Der Atombau
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Aufgabe 1
Beschreibe aus welchen Bausteinen sich der Atomkern zusammensetzt Gib die Ladung und die Masse der Bausteine an Erklaumlre warum der Atomkern aus verschiedenen Bausteinen besteht
Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen Protonen sind einfach positiv geladene Teilchen sie besitzen die Masse 1u Neutronen sind ungeladene Teilchen sie besitzen ebenfalls die Masse 1u Die elektrisch neutralen Neutronen sorgen dafuumlr dass der Atomkern trotz der sich abstoszligenden positiv geladenen Protonen stabil ist
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1 Aneignung Der Atombau
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Aufgabe 2
Vergleiche deine Uumlberlegungen zum Aufbau des Atomkerns aus dem Modellversuch (AB 2) mit den Informationen im Text a) Uumlberlege dir wofuumlr die Magnete im Modellversuch standen und was die Muumlnzen verdeutlichen sollten
Die Magnete sollen im Modellversuch die Protonen darstellen Sie wuumlrden sich ndash aumlhnlich wie die Protonen ndash ohne das Vorhandensein des Hilfsmittels (also der Neutronen) abstoszligen Das Hilfsmittel das die elektrisch ungeladenen Neutronen darstellen soll verhindert die Abstoszligung
b) Welche Ordnungszahl haumltte das Modell aus dem Modellversuch
Ordnungszahl 2 da zwei Protonen vorhanden gewesen waumlren
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1 Aneignung Der Atombau
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c) Welche Masse haumltte der Atomkern aus dem Modellversuch
Da insgesamt drei bdquoTeilchenldquo vorhanden sind wuumlrde die Masse 3 u betragen
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1 Aneignung Der Atombau
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Aufgabe 3 Kreuze alle richtigen Aussagen an
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements unterscheiden sich in der Anzahl der Protonen
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements haben die gleiche Massenzahl
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements haben die gleiche Ordnungszahl
Zwei unterschiedliche Isotope eines Elements enthalten gleich viele Neutronen wie Protonen
X
X
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1 Basisuumlbung Der Atombau
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Der Atomkern
Arbeitsblatt 4 - Loumlsungen
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1 Basisuumlbung Der Atombau
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Aufgabe 1 Setze die folgenden Begriffe an der richtigen Stelle im Text ein
Atomhuumllle | Atomkern | Isotope | Kern-Huumllle-Modell | Kernladungszahl | Masse | massefrei | Massenzahl | Neutron | Neutronen | Neutronen | Ordnungszahl | positiv | positiv | Proton | Protonen | Protonen | Protonen | Rutherford |
____________________ beschreibt in seinem ____________________ den Aufbau eines Atoms Demnachbesteht ein Atom aus einer negativ geladenen ____________________ und einem ____________________geladenen ____________________ Dieser ist zusammengesetzt aus ungeladenen ____________________ und____________________ geladenen ____________________ Sie bilden zusammen fast die gesamte Masse einesAtoms Dabei wiegen sowohl ein ________________________ als auch ein ____________________ jeweils 1 uDie Atomhuumllle ist dagegen fast ____________________Im Periodensystem der Elemente gibt die ____________________ an wie schwer ein Atom ist Zusaumltzlich kannman anhand der ____________________ ablesen wie viele ____________________ sich im Kern befinden Sieentspricht gleichzeitig auch der ____________________ die Auskunft uumlber die Anzahl der positiven Ladungen imKern gibtAtomkerne eines Elements haben immer die gleiche Anzahl an ____________________ Sie koumlnnen sich aber inder Anzahl der ____________________ unterscheiden Solche Atome eines Elements nennt man____________________
Rutherford Kern-Huumllle-ModellAtomhuumllle positiv
Atomkern Neutronenpositiv Protonen
Proton Neutronmassefrei
MassezahlOrdnungszahl Protonen
Kernladungszahl
ProtonenNeutronen
Isotope
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1 Basisuumlbung Der Atombau
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Aufgabe 2
In der Aneignungsphase habt ihr einen Modellversuch zum Aufbau eines Atomkerns mithilfe zweier Magnetendurchgefuumlhrt Erklaumlre welche Eigenschaften des Atomkerns man mithilfe des Modellversuchs zeigen konnte
Der Modellversuch verdeutlicht weshalb der Atomkern trotz der positiven Ladung der Protonen stabil bleibt DieMagnete die ihren gleichen Pol aufeinander richten repraumlsentieren die Protonen Da Protonen positiv geladen sindwuumlrden sie sich gegenseitig abstoszligen und der Kern wuumlrde zerfallen Das verwendete Hilfsmittel im Modellversuchrepraumlsentiert die ungeladenen Neutronen Sie lagern sich zwischen die Protonen und schirmen sie so ab sodass siesich nicht gegenseitig abstoszligen Der Atomkern bleibt somit stabil
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1 Basisuumlbung Der Atombau
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Aufgabe 3 Ergaumlnze die freien Felder der Tabelle
Name der Atomsorte Masse des Atoms [in u] (Massenzahl)
Anzahl der Protonen(Ordnungszahl)
Anzahl der Neutronen
Kalium 39 19 20
Aluminium 27 13 14
Phosphor 31 15 16
Selen 79 34 45
Sauerstoff 16 8 8
Ytterbium 173 70 103
Stickstoff 14 7 7
Gold 197 79 118
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1 Basisuumlbung Der Atombau
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Aufgabe 4
Auch Wasserstoff-Atome koumlnnen sich in ihrer Masse unterscheiden Neben Wasserstoff-Atomen 11119867119867 die nur ein
Proton enthalten gibt es auch zwei Isotope die sogar besondere Namen erhalten haben 12119867119867 wird Deuterium und 13119867119867
Tritium genannt Fertige eine Skizze der Atomkerne dieser Isotope 11119867119867 12119867119867 und 1
3119867119867 an
Wasserstoff Deuterium Tritium
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1 Basisuumlbung Der Atombau
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Aufgabe 5
Gib die Anzahl der Protonen und Neutronen fuumlr die in der Tabelle aufgefuumlhrten Isotope an Berechne aus derenHaumlufigkeit die durchschnittlichen Massenzahlen fuumlr die jeweiligen Isotopengemische Vergleiche die berechnetenWerte mit den Angaben im Periodensystem
Isotopen-Gemisch
Protonen Neutronen Masse der Isotope
Haumlufigkeit der Isotope
Massenzahl des Gemisches
Berechnet Perioden-system
Lithium 6 3 3 6 u 6 6 u ∙ 006 +7 u ∙ 094= 694 u
694 uLithium 7 3 4 7 u 94
Magnesium 24 12 12 24 u 79 24 u ∙ 079 +25 u ∙ 01 +26 u ∙ 011 += 2432 u
2431 u Magnesium 25 12 13 25 u 10
Magnesium 26 12 15 26 u 11
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1A individuelle Uumlbung Der Atombau
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Das Spiel zum Atomkern
Arbeitsblatt 6 ndash Loumlsung
201
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1A individuelle Uumlbung Der Atombau
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Loumlsung zum Spiel
Fragen AntwortenWelche Nukleonen befinden sich im Atomkern Protonen und Neutronen
Was besagt die Massenzahl Masse eines Atoms gleichzeitig Summe der Protonen und Neutronen im Kern
Wie sind Protonen geladen PositivIn welcher Einheit wird die Masse eines Atoms angegeben Einheit u
Wie sind Neutronen geladen NeutralWas besagt die Ordnungszahl Anzahl der Protonen
Wie viel wiegt ein Proton oder ein Neutron 1 uWie heiszligt der positiv geladene Baustein des Atomkerns Proton
Welche Zahl gibt die Anzahl der Protonen im Kern an Ordnungszahl undKernladungszahl
Wie heiszligt der ungeladene Baustein des Atomkerns NeutronWelche Zahl gibt sowohl die Masse eines Atoms als auch die Anzahl
der Protonen und Neutronen im Kern anMassenzahl
Was sind Isotope Atome desselben Elements mit gleicher Anzahl an Protonen aber unterschiedlicher Anzahl an Neutronen
202
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1A individuelle Uumlbung Der Atombau
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Aufgabe 1 Setze dir das Ziel einen kurzen Lexikoneintrag zu folgenden Begriffen zu schreiben
Proton
Neutron
Ordnungszahl
Massenzahl
Kernladungszahl
Isotope
Das Proton ist ein einfach positiv geladenes Nukleon welches sich im Atomkern befindet Es hat die Masse 1 u
Das Neutron ist ein elektrisch ungeladenes Nukleon welches sich im Atomkern befindet Es hat die Masse 1u
Die Ordnungszahl eines Atoms entspricht der Anzahl der ProtonenOrdnungszahl = Anzahl der Protonen = Kernladungszahl
Die Massenzahl eines Atoms gibt an wie schwer ein Atom ist Sie entspricht der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Neutronen zusammen Die Massenzahl ist gleich der Anzahl der Protonen Massenzahl = Anzahl der Protonen + Anzahl der NeutronenAuszligerdem gilt Atommasse - Ordnungszahl = Neutronenzahl
Die Kernladungszahl entspricht der Anzahl der Protonen und der Ordnungszahl des jeweiligen Elements
Atome eines Elements besitzen immer die gleiche Anzahl an Protonen Sie koumlnnen aber eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen besitzen Die Atome mit einer unterschiedlichen Anzahl an Neutronen nennt man Isotope Sie unterscheiden sich in der Massenzahl Die im Periodensystem angegebene Masse entspricht der durchschnittlichen Masse eines Atoms
203
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1A individuelle Uumlbung Der Atombau
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Aufgabe 2 Beschreibe den Aufbau eines Atomkerns Nutze dazu die Begriffe und Definitionen aus Aufgabe 1 Uumlberpruumlfe ob du den Inhalt richtig verstanden hast indem du dein Ergebnis mit den Begriffen und Definitionen aus Aufgabe 1 und dem Text bdquoDer Aufbau des Atomkernsldquo abgleichst Denke nach der Uumlberpruumlfung an
Der Atomkern besteht aus den positiv geladenen Protonen und den neutralenungeladenen Neutronen Diepositiven Protonen stoszligen sich gegenseitig ab Diese Abstoszligung wird jedoch durch die Neutronenaufgehoben sodass der Kern insgesamt stabil ist und nicht zerfaumlllt Protonen und Neutronen haben jeweilseine Masse von 1u Rechnet man die Massen aller Protonen und Neutronen im Kern zusammen so erhaumlltman die Masse des jeweiligen Atoms Die durchschnittliche Masse eines Atoms kann man an seinerMassenzahl ablesen Die Zahl der Protonen kann man an der Ordnungszahl ablesen die gleichzeitig auchdie Kernladungszahl darstellt Zwei Atome mit der gleichen Zahl an Protonen gehoumlren zum gleichenElement allerdings kann die Zahl der Neutronen im Kern variieren Atome mit der gleichen Protonenzahlaber einer unterschiedlichen Zahl an Neutronen nennt man Isotope Es handelt sich um dasselbe Elementdie Atome unterscheiden sich aber in ihrer Masse Ordnungszahl und Kernladungszahl bleiben jedochunveraumlndert Damit kann man die Ordnungszahl als eine Art Fingerabdruck eines Elements bezeichnen
204
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1B individuelle Uumlbung Der Atombau
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Wortraumltsel zum Atombau
Arbeitsblatt 7 ndash Loumlsung
205
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1B individuelle Uumlbung Der Atombau
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Aufgabe 1 Schaut euch zunaumlchst den Stapel mit den nicht erratenen Oberbegriffen an Formuliert nun zusammen eine Beschreibung des Oberbegriffs mithilfe der darunter stehenden Woumlrter
(Hinweis Ihr koumlnnt als Hilfestellung den Text bdquoDer Aufbau des Atomkernsldquo nutzen)
206
Atomkern Ein Atom besteht aus dem hellip und der Atomhuumllle Derhellip ist positiv geladen und enthaumllt fast die gesamte Masse desAtoms
Proton Das hellip befindet sich im Atomkern und ist positiv geladen Die Anzahl der hellip im Kern ist fuumlr jedes Elementcharakteristisch und entspricht der Kernladungszahl
Neutron Der Atomkern besteht aus Protonen und hellip Das hellip befindet sich im Kern um ein Auseinanderfallen zu verhindernda sich die positiv geladenen Protonen sonst abstoszligen wuumlrden hellip und Protonen ergeben zusammen dieMassenzahl
Ordnungszahl Die hellip entspricht der Kernladungszahl und gibt an wie viele Protonen sich im Atomkern befinden
Massenzahl Die hellip gibt die Masse eines Elements in der Einheit u an 1 u entspricht 000000000000000000000000166g
Einheit u Die Masse eines Atoms wird in der hellip angegeben Die Masse eines Atoms auch Massenzahl genannt berechnet sichaus der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Neutronen da beide jeweils 1u wiegen
Atomhuumllle Rutherford stellte fest dass ein Atom aus einem sehr kleinen Atomkern und einer groszligen hellip besteht Der Atomkernbesitzt fast die gesamte Masse waumlhrend die hellip nahezu keine Masse enthaumllt
Isotope Atome eines Elements besitzen immer die gleiche Anzahl an Protonen Sie koumlnnen aber eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen besitzen Die Atome mit einer unterschiedlichen Anzahl an Neutronen nennt man hellip eines Elements Die im Periodensystem angegebene Atommasse entspricht der durchschnittlichen Masse eines Atoms
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1B individuelle Uumlbung Der Atombau
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Aufgabe 2
Beschreibt nun den vollstaumlndigen Aufbau eines Atomkerns in einem Text indem ihr alle Oberbegriffe des Spiels nutzt
Rutherford hat mit Hilfe seines Streuversuches festgestellt dass ein Atom aus einem Atomkern und einer Atomhuumllleaufgebaut ist Im Atomkern befinden sich Protonen und Neutronen Die Anzahl der Protonen entspricht derOrdnungszahl Die Masse der Atome wird in der Einheit u angegeben Man berechnet die Massenzahl durch Additionder Anzahl der Protonen und der Neutronen Atome eines Elements koumlnnen eine unterschiedliche Anzahl an Neutronenbesitzen Die Atome mit einer unterschiedlichen Anzahl an Neutronen nennt man Isotope eines Elements
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1B individuelle Uumlbung Der Atombau
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Element Isotope (Anteil in ) Ergebnis
Sauerstoff 816O (998 ) 8
18O (02 )
Silicium 1428Si (922 ) 14
29Si (47 ) 1430Si ( 31 )
Schwefel 1632S (950 ) 16
33S (08 ) 1634S (42 )
208
Aufgabe 3In der Tabelle befindet sich die Isotopenverteilung verschiedener Elemente Berechnet die durchschnittlicheAtommasse
Sauerstoff = 16u 0998 + 18u 0002 = 16004 u
Silicium = 28u 0922 + 29u 0047 + 30u 0031 = 28109 u
Schwefel = 32u 095 + 33u 0008 + 34u 0042 = 32092 u
16004 u
28109 u
32092 u
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2 Aneignung Schalenmodell
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Die Atomhuumllle
Arbeitsblatt 1 - Loumlsung
209
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 1 Das Magnesiumatom besitzt 12 Protonen und somit auch 12 Elektronen Um eine Vorstellung vom Aufbau der Atomhuumllle zu entwickeln uumlberlegt zu zweit wie die Elektronen eurer Vorstellung nach in der Huumllle des Magnesium-Atoms angeordnet sind Zeichnet die Elektronen als Punkte rechts in dem runden Feld ein Wofuumlr stehen das Feld und die Bleistift-Punkte
Feld________________________________________
Bleistift-Punkte ____________________________________
Atom (Atomkern und Atomhuumllle)
Elektronen
individuelle Loumlsung
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 2
Formuliert eine Vermutung wie die Elektronen eurer Vorstellung nach in der Atomhuumllle angeordnet sind
individuelle Loumlsung
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 3
Zeichne zwei weitere Ergebnisse deiner Mitschuumller in die Felder
individuelle Loumlsung
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2 Aneignung Schalenmodell
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Die Ionisierungsenergie
Arbeitsblatt 2 - Loumlsungen
213
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Aufgabe 1
a) Welche der Elektronen in Diagramm 1 haben eine annaumlhernd gleich hohe Ionisierungsenergie und befinden sich somit auf derselben Energiestufe Leite aus Diagramm 1 ab wie viele Energiestufen das dort aufgefuumlhrte Atom besitzt
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
Elektron 1 und 2 befinden sich auf einer Energiestufe 3 bis 10 auf der naumlchsten und Elektron 11 und 12 aufder darauffolgenden Energiestufe
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2 Aneignung Schalenmodell
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b) Welche Elektronen haben laut Diagramm 1 den geringsten Abstand zum Kern __________________
Und welche Elektronen haben den groumlszligten Abstand zum Kern _____________________
In Diagramm 1 wurden die Elektronen nummeriert Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Nummerierung und dem Abstand der Elektronen zum Kern
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
Elektronen 1 und 2
Elektronen 11 und 12
Je houmlher die Nummer desto weiter ist das Elektron vom Kern entfernt Innerhalb einer Schale haben die
Elektronen nach dem Schalenmodell allerdings den gleichen Abstand zum Kern
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 2
a) Uumlberpruumlfe mit deinem Nachbarn ob eure Hypothese vom vorherigen Arbeitsblatt bdquoAB 1 Die Atomhuumllleldquo zu den Informationen uumlber die Ionisierungsenergie passt b) Uumlberarbeitet nun euer Modell indem ihr neue Punkte einzeichnet Uumlbertragt eure uumlberarbeitete Anordnung der Elektronen in das Feld
-Alle 12 Elektronen sind eingezeichnet-2 Elektronen haben einen geringen Abstand zum Kern-8 Elektronen haben einen mittleren Abstand zum Kern -2 Elektronen haben einen groszligen Abstand zum Kern
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2 Aneignung Schalenmodell
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c) Begruumlndet warum ihr denkt dass diese Anordnung der Theorie besser entspricht
Aus Diagramm 1 wird ersichtlich dass die Elektronen des Magnesium-Atoms unterschiedlicheIonisierungsenergien aufweisen Je houmlher die Ionisierungsenergie eines Elektrons ist desto geringer ist dieEntfernung des Elektrons zum Atomkern Elektronen deren Ionisierungsenergie annaumlhernd gleich groszlig istbefinden sich auf derselben Energiestufe und sind somit gleich weit vom Atomkern entfernt Die Energiestufensind mit unterschiedlich vielen Elektronen besetzt Zwei Elektronen (Elektronen 1 amp 2) haben eine hoheIonisierungsenergie und daher einen sehr geringen Abstand zum Kern weshalb sie sich annaumlhernd auf derselbenEnergiestufe nah am Kern befinden Die acht Elektronen 3 ndash 10 befinden sich auf der naumlchsten etwas weiter vomAtomkern entfernten Energiestufe da sie eine aumlhnliche Ionisierungsenergie haben und somit ungefaumlhr gleich weitvom Atomkern entfernt sind Die zwei Elektronen 11 und 12 sind noch weiter von Kern entfernt da ihreIonisierungsenergie am geringsten und der Abstand zum Kern somit am groumlszligten ist
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2 Aneignung Schalenmodell
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Das Schalenmodell
Arbeitsblatt 3 - Loumlsungen
218
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 1 a) Fuumllle das Schaubild mit den Begriffen aus dem Kasten
K-Schale
Elektronenschalen
Energiestufen
M-Schale
Kern
Elektron
L-Schale
=
M-Schale
L-Schale
K-Schale
Elektron
Atomkern
Energiestufen
Elektronenschalen
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2 Aneignung Schalenmodell
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b) In welcher Reihenfolge werden die K- die L- und die M- Schale besetzt Trage die Reihenfolge als Nummer in die Kaumlstchen ein
L-Schale K-Schale M-Schale12 3
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 2 a) Als das Restaurant um 18 Uhr oumlffnet betreten acht Personen den Raum Verteile die Gaumlste an die Tische indem du sie in die untere Abbildung einzeichnestb) Eine Stunde spaumlter kommen weitere sieben Gaumlste Ergaumlnze sie mit einem anderen Stift in die untere Abbildungc) Wofuumlr stehen die Kuumlche Tischreihen und Gaumlste
Kuumlche
___________________________Tischreihen
___________________________Gaumlste
___________________________
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Aufgabe 2 a) Als das Restaurant um 18 Uhr oumlffnet betreten acht Personen den Raum Verteile die Gaumlste an die Tische indem du sie in die untere Abbildung einzeichnestb) Eine Stunde spaumlter kommen weitere sieben Gaumlste Ergaumlnze sie mit einem anderen Stift in der unteren Abbildungc) Wofuumlr stehen die Kuumlche die Tischreihen und die Gaumlste
Kuumlche
___________________________Tischreihen
___________________________Gaumlste
___________________________
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 2 a) Als das Restaurant um 18 Uhr oumlffnet betreten acht Personen den Raum Verteile die Gaumlste an die Tische indem du sie in die untere Abbildung einzeichnestb) Eine Stunde spaumlter kommen weitere sieben Gaumlste Ergaumlnze sie mit einem anderen Stift in der unteren Abbildungc) Wofuumlr stehen die Kuumlche die Tischreihen und die Gaumlste
Kuumlche
___________________________Tischreihen
___________________________Gaumlste
___________________________
Atomkern
Schalen
Elektronen
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2 Aneignung Schalenmodell
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Aufgabe 3 Besetze die folgenden Schalenmodelle mit Elektronen Zeichne die Elektronen als Punkte ein Finde anschlieszligend heraus um welches Atom es sich handelt
a) b)
c)
Das Atom besitzt insgesamt 15 ElektronenDavon befinden sich zwei Elektronen auf derK-Schale acht auf der L-Schale und fuumlnf aufder M-SchaleUm welches Atom handelt es sich
Das Atom besitzt insgesamt neun ElektronenDavon befinden sich _____ Elektronen auf derK-Schale und _____ auf der L-SchaleUm welches Atom handelt es sich
Das Atom besitzt insgesamt 12 ElektronenDavon sind _____ Elektronen auf der K-Schale _____ auf der L-Schale und _____ aufder M-SchaleUm welches Atom handelt es sich
27
Es handelt sich um das Fluor-Atom
Es handelt sich um das Magnesium-Atom
28 2
Es handelt sich um das Phosphor-Atom
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Das Schalenmodell
Basisuumlbung - Loumlsung
225
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 1 Setze die folgenden Begriffe an der richtigen Stelle im Text einAtomhuumllle | Atomhuumllle | Atomkern | Elektronen | Elektronen | Elektronen | Energiestufen | entfernen | Ernest Rutherford | Ionisierungsenergie | K | M | neutral | Neutronen | Niels Bohr | Ordnungszahl | Protonen | Schalen | schwerer
Durch seinen Streuversuch hat ____________________ herausgefunden dass ein Atom aus einer____________________ und einem _______________________ besteht In der Atomhuumllle befinden sich dienegativen __________________ und im Atomkern die neutralen ___________________ sowie die positiven__________________ Da ein Atom insgesamt ___________________ ist muss es genauso viele Protonen (p+)wie ___________________ (e-) enthalten Die ____________________ gibt Auskunft daruumlber wie vieleProtonen ein Atom besitzt Gleichzeitig gibt die Ordnungszahl auch die Zahl der _________________ anProtonen sind 10000-mal __________________ als Elektronen Die leichten Elektronen kreisen in hoherGeschwindigkeit in der ____________________ um den KernDas Kern-Huumllle-Modell von Rutherford wurde von ______________________ weiterentwickelt Bohr fandheraus dass sich Elektronen nur auf ganz bestimmten _____________________ befinden koumlnnen Um einElektron aus der Atomhuumllle zu _______________ muss Energie aufgewandt werden Diese Energie wird___________________ genannt Die verschiedenen Energiestufen werden auch als ________________bezeichnet Die Schale ganz innen heiszligt ____________ -Schale die folgende L-Schale und die danach ________-Schale
Ernest RutherfordAtomhuumllle Atomkern
Elektronen NeutronenProtonen neutral
ElektronenOrdnungszahlElektronen
schwererAtomhuumllle
Niels BohrEnergiestufen
entfernenIonisierungsenergie Schalen
K M
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 2
Ergaumlnze das Schaubild mit den passenden Begriffen
16
OMassenzahl
(Anzahl der ___________________
+ ______________________)
8Sauerstoff
Ordnungszahl
(Anzahl der ___________________
= ______________________)
Protonen
Neutronen
Protonen
Elektronen
Elementsymbol
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 3
Bestimme die Elektronenzahl der folgenden Elemente
1632119826119826
a) Sauerstoff __________ b) Kohlenstoff __________ c) Lithium __________
d) Calcium __________ e) Aluminium __________
+ +
+
f) Schwefel __________
12
6Kohlenstoff
C
Ca40
Calcium20
8 6 3
20 13 16
Kern
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 4
a) Thomas weiszlig dass das Stickstoff-Atom 7 Elektronen besitzt Auch vom Schalenmodell hat er schon einmal gehoumlrt weiszlig aber nicht wie er die Schalen mit Elektronen korrekt besetzt Erlaumlutere wie Thomas bei der Besetzung der Schalen mit Elektronen vorgehen muss und wie viele Elektronen die Schalen jeweils aufnehmen koumlnnen
Thomas muss die Schalen von innen nach auszligen besetzen Dabei muss jede Schale komplett gefuumlllt sein bevor Thomasmit der naumlchsten Schale weitermachen kann Die innere Schale ist komplett gefuumlllt wenn sie mit zwei Elektronenbesetzt ist Die zweite Schale kann insgesamt acht Elektronen aufnehmen ebenso die dritte SchaleThomas moumlchte insgesamt sieben Elektronen verteilen Die innere Schale kann zwei Elektronen aufnehmen ImAnschluss sind noch fuumlnf Elektronen uumlbrig Alle fuumlnf Elektronen passen in die zweite Schale da dort maximal achtElektronen Platz haben Die zweite Schale ist somit noch nicht voll besetzt und koumlnnte daher auch noch weitereElektronen aufnehmen
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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b) Besetze das Schalenmodell des Stickstoff-Atoms mit Punkten als Elektronen
Gehe dabei wie in a) beschrieben vor
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2 Basisuumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 5
Besetze die Schalenmodelle mit Elektronen Verwende anstelle der Punkte das Symbol e-
a) Kohlenstoff b) Lithium c) Schwefel
Wofuumlr steht das Symbol e- _________________________________
e- e-e-
e-
e-
e-
e- e-
e-
e- e-
e-
e-
e- e-
e-
e- e-
e-
e-
e-
e-
e- e-
e-
Das Symbol steht fuumlr ein Elektron
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Dominospiel zum Schalenmodell
Arbeitsblatt 6 - Loumlsung
232
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2A individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 1 Ihr kennt nun verschiedene Modelle die den Aufbau eines Atoms beschreiben Zwei davon sind das Kern-Huumllle und das Schalenmodell
Beschreibt auf der folgenden Seite die Gemeinsamkeiten und Unterschiede die ihr feststellen koumlnnt in einem kurzen Text Verwendet die Begriffe aus dem Kasten
Atomhuumllle Atomkern Elektron Elektronenschale
1 Das Schalenmodell 2 Das Kern-Huumllle-Modell
233
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Gemeinsamkeiten Beide Modelle gehen von einem Atomkern und einer Atomhuumllle aus Der Atomkern befindet sich bei beiden Modellen in der Mitte des Atoms und wird in beiden Modellen von einer im Verhaumlltnis um einiges groumlszligeren runden Atomhuumllle umgeben
Unterschiede Beim Kern-Huumllle-Modell finden sich keine Schalen und keine Elektronen Zwar gibt es auch beim Kern-Huumllle-Modell Elektronen die sich in der Atomhuumllle befinden jedoch sind sie in diesem Modell nicht dargestellt Im Schalenmodell kreisen die Elektronen in Elektronenschalen in hoher Geschwindigkeit um den Kern Diese Elektronenschalen finden sich beim Kern-Huumllle-Modell nicht
234
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2A individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 2 Zeichnet in die Schalenmodelle die angegebene Anzahl an Elektronen (Symbol e-) ein Um welche Atome handelt es sich
Zur Erinnerung Die Schalen werden von innen nach auszligen besetzt
Die K-Schale kann 2 Elektronen aufnehmen die L-Schale 8 und die M-Schale ebenfalls 8
235
a) Ordnungszahl 8 b) Ordnungszahl 13 c) Ordnungszahl 17
_____________________ _____________________ _____________________Sauerstoff Aluminium Chlor
e-e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e- e-
e-
e-
e-e-
e-
e- e-
e-
e-
e- e-
e-e- e- e-
e-
e-
e-
e- e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
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Aufgabe 3Erinnert euch daran was die Ionisierungsenergie ist Wenn ihr euch unsicher seid schaut euch noch einmal dasArbeitsblatt 2 aus der Aneignung an
Lest die Aussagen in der untenstehenden Tabelle Diskutiert anschlieszligend welche der aufgefuumlhrten Aussagen richtigsind Begruumlndet eure Wahl schriftlich
236
trifft zu trifft nicht zu
Die Ionisierungsenergie ist die Energie die aufgewendet werden muss um der Atomhuumllle ein Elektron hinzuzufuumlgen Begruumlndung
Je houmlher die Ionisierungsenergie eines Elektrons ist desto staumlrker ist die Anziehungskraft zum Kern Begruumlndung
Die Ionisierungsenergie von Auszligenelektronen ist immer gleich hoch Begruumlndung
Die Ionisierungsenergie ist die Energie die aufgewendet werden muss um ein Elektron aus der Atomhuumllle zu entfernen
Je naumlher ein Elektron am Kern liegt desto staumlrker wirkt die Anziehungskraft des positiv geladenen Atomkerns auf das negative ElektronEs wird somit staumlrker an den Kern gebunden Demensprechend wird mehr Energie benoumltigt um es zu entfernen Somit ist dieIonisierungsenergie houmlher
Je nachdem in welcher Schale sich die Auszligenelektronen befinden hat dies Einfluss auf die Houmlhe der Ionisierungsenergie Dabeigilt Je weiter ein Elektron vom Kern entfernt ist desto geringer ist die Ionisierungsenergie
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Aufgabe 4 Hinweis Fuumlr diese Aufgabe benoumltigt ihr als Material die Domino-Karten Achtet beim Herausnehmen der Karten auf das richtige Symbol der Lernleiter
a) Die Dominokarten sind heruntergefallen und in Unordnung geraten
Legt sie in der richtigen Reihenfolge aneinander
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b) Die letzte Karte ist in dem Durcheinander leider verloren gegangen Da ihr eurem Lehrer ein vollstaumlndiges Domino-Spiel zuruumlckgeben moumlchtet habt ihr die letzte Karte nachgebastelt (siehe Abbildung) Es fehlen nur noch dieElektronen Zeichnet sie als Punkte ein
238
ENDE
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Elementarteilchen und Schalenmodell
Arbeitsblatt 7 ndash Loumlsung
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Aufgabe 1Notiere zu den Elementen die Anzahl der Protonen Neutronen und Elektronen
120783120783120783120783120785120785120785120785119826119826 120783120783120785120785
120785120785120784120784119808119808119808119808 120783120783120783120783120785120785119810119810
Protonen ___________________
Neutronen _________________
Elektronen__________________
Protonen ___________________
Neutronen _________________
Elektronen__________________
Protonen ___________________
Neutronen _________________
Elektronen__________________
16
16
16
13
14
13
6
6
6
240
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Aufgabe 2 Ergaumlnze die freien Felder
241
Name des Atoms Masse des Atoms [in u]
Anzahl Protonen Anzahl Neutronen
Anzahl Elektronen
Selen 79 34 45 34
Sauerstoff 16 8 8 8
Gold 197 79 118 79
Natrium 23 11 12 11
Argon 40 18 22 18
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Aufgabe 3
242
Setze dir das Ziel die Elektronenverteilung auf die Schalen eines Atoms zu verstehen Beschreibe dazu den Aufbau des Schalenmodells eines Natrium-Atoms in einem kurzen Text
Ein Natrium-Atom hat drei Schalen die mit elf Elektronen besetzt sind Die innere Schale(K-Schale) besitzt zwei Elektronen Die zweite Schale (L-Schale) ist mit acht Elektronen besetzt und die dritte Schale(M-Schale) mit einem Elektron
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Aufgabe 4a) Zeichne in das Schalenmodell des Natrium-Atoms die Elektronen mit dem Symbol e- ein Nummeriere dieElektronen in der Reihenfolge in der du sie eingezeichnet hast
243
e-e-
e-
e-
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1 2
34
5
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van Vorst H amp Sumfleth E (Hrsg) (2020) Von Sprosse zu Sprosse Muumlnster Waxmann
2B individuelle Uumlbung Schalenmodell
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b) Trage nun in das Diagramm die ungefaumlhren Ionisierungsenergien fuumlr jedes Elektron des Natrium-Atoms als Saumlulenein
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Diagramm 1 Ionisierungsenergien des Natrium-Atoms
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2B individuelle Uumlbung Schalenmodell
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c) Fuumlr welche Elektronen hast du eine geringe Ionisierungsenergie eingezeichnet und fuumlr welche eine hohe Begruumlnde
Die beiden Elektronen 1 und 2 haben eine hohe Ionisierungsenergie da sie sich nah am Kern befinden und dort die Anziehungskraft zwischen Kern und Elektronen am groumlszligten ist Dementsprechend wird viel Energie benoumltigt um diese Elektronen aus dem Atom zu entfernen
Elektron 11 liegt auf der aumluszligeren Schale und hat einen groszligen Abstand zum Kern Daher ist seine Ionisierungsenergie im Vergleich zu den uumlbrigen Elektronen am niedrigsten
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2B individuelle Uumlbung Schalenmodell
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Aufgabe 5Du kennst verschiedene Modelle die den Aufbau eines Atoms beschreiben Zwei davon sind das Kern-Huumllle-Modell und das Schalenmodell
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1 Das Schalenmodell 2 Das Kern-Huumllle-Modell
Setze dir das Ziel die verschiedenen Atommodelle zu verstehen und unterscheiden zu lernen
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2B individuelle Uumlbung Schalenmodell
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a) Stelle die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Modelle in einem Text dar
Gemeinsamkeiten Beide Modelle gehen von einem Atomkern und einer Atomhuumllle aus Der Atomkern befindet sich bei beiden Modellen in der Mitte des Atoms und wird in beiden Faumlllen von einer im Verhaumlltnis um einiges groumlszligeren runden Atomhuumllle umgeben
Unterschiede Beim Kern-Huumllle-Modell finden sich keine Schalen und keine Elektronen Zwar gibt es auch beim Kern-Huumllle-Modell Elektronen die sich in der Atomhuumllle befinden jedoch sind sie in diesem Modell nicht dargestellt Im Schalenmodell kreisen die Elektronen in Elektronenschalen in hoher Geschwindigkeit um den Kern Diese Elektronenschalen finden sich beim Kern-Huumllle-Modell nicht
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b) Du kennst die Ionisierungsenergie als die Energie die benoumltigt wird um ein Elektron aus der Atomhuumllle zuentfernen Forscher haben dies an einem Natrium-Atom durchgefuumlhrt und dabei beobachtet dass das Atom nach derEntfernung eines Elektrons kleiner war als vorher Zeichne zunaumlchst das Schalenmodell eines Natrium-Atoms nach derEntfernung eines Elektrons in die Abbildung
Erlaumlutere die Beobachtung der Forscher mit Hilfe des Schalenmodells
Wird ein Elektron aus der Atomhuumllle des Natrium-Atoms entfernt sind nur noch zwei Schalen besetzt Weil weniger Schalen besetzt sind als vorher ist der Radius nach der Entfernung kleiner
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2B individuelle Uumlbung Schalenmodell
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c) Das Kern-Huumllle-Modell hat Grenzen Man kann damit z B nicht erklaumlren warum das Atom nach der Entfernungeines Elektrons kleiner wurde Begruumlnde weshalb man diese Feststellung mit dem Kern-Huumllle-Modell nicht erklaumlrenkann
Im Kern-Huumllle-Modell sind die Elektronen in der Atomhuumllle nicht in Schalen angeordnet Sie verteilen sich uumlber die ganze Atomhuumllle Ob ein Elektron mehr oder weniger vorhanden ist hat im Kern-Huumllle-Modell keine Auswirkung auf den Radius Dies ist eine Grenze des Modells
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Die Entfernung von Elektronen aus der Atomhuumllle
Arbeitsblatt 8 ndash Loumlsung
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