Chemie · Klasse 9–10 · aktualisiert
Atomkern: Aufbau, Kernzahlen und Isotope
Lerne, was den Atomkern bildet, wie Z, N und A zusammenhängen und warum Isotope unterschiedliche Massen haben.
0 von 12 Aufgaben gelöst
Kurz gesagt
Der Atomkern enthält Protonen und meist Neutronen. Die Protonenzahl Z legt das Element fest; die Massenzahl A zählt beide Kernteilchen. Bei Magnesium-25 mit Z=12 gilt N=A-Z=13.
Der Atomkern ist das winzige, positiv geladene Zentrum eines Atoms. Er enthält Protonen und – außer beim häufigsten Wasserstoffkern – Neutronen. Obwohl er viel kleiner als die Atomhülle ist, steckt in ihm fast die gesamte Masse des Atoms.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Ein Atom besteht vereinfacht aus Kern und Hülle. Im Kern sitzen die Protonen und Neutronen. Gemeinsam heißen sie Nukleonen, also Kernteilchen. Die Elektronen gehören zur Hülle. Die Einheit \mathrm u heißt atomare Masseneinheit. Proton und Neutron sind ungefähr gleich schwer und jeweils etwa 1.800-mal schwerer als ein Elektron. Deshalb enthält der Kern trotz seiner geringen Größe ungefähr 99,9 % der Atommasse. Gewöhnlicher Wasserstoff zeigt eine wichtige Ausnahme: Sein Kern besteht aus genau einem Proton und enthält kein Neutron. Ein Atomkern muss also nicht immer beide Nukleonenarten enthalten.
| Teilchen | Ort | elektrische Ladung | Masse ungefähr |
|---|---|---|---|
| Proton | Kern | positiv | 1\,\mathrm u |
| Neutron | Kern | neutral | 1\,\mathrm u |
| Elektron | Hülle | negativ | 0{,}0005\,\mathrm u |
Merke: Die Protonen machen den Kern positiv. Bei einem neutralen Atom ist die Zahl der Elektronen genauso groß wie die Zahl der Protonen.
Teste dich
Die Kernladungszahl Z zählt die Protonen und bestimmt das Element. Die Neutronenzahl N zählt die Neutronen. Die Massenzahl A zählt beide Kernteilchen und ist eine ganze Zahl.
A=Z+N
Für die Neutronenzahl stellst du um:
N=A-Z
Ein Nuklid ist eine Atomsorte mit festgelegter Protonen- und Neutronenzahl. Im Nuklidsymbol steht A links oben und Z links unten:
{}^{A}_{Z}X
X ist das Elementsymbol. Bei der Kurzform C-14 muss dir die Ordnungszahl des Elements bekannt oder angegeben sein.
Definition
Kernladungszahl Z
Z ist die Zahl der Protonen im Kern. Sie heißt auch Protonenzahl oder Ordnungszahl und bestimmt das chemische Element.
Definition
Neutronenzahl N
N gibt an, wie viele Neutronen der Kern enthält.
Beispiel: Ein Magnesiumkern hat Z=12 und A=25.
- 1Z=12 bedeutet: Der Kern enthält 12 Protonen.
- 2A=25 bedeutet: Insgesamt befinden sich 25 Nukleonen im Kern.
- 3Die übrigen Nukleonen sind Neutronen:
- 4N=A-Z=25-12=13
- 5Der Magnesiumkern enthält also 12 Protonen und 13 Neutronen. Die Probe passt: 12+13=25.
Teste dich
Isotope eines Elements haben dieselbe Protonenzahl, aber unterschiedliche Neutronenzahlen. Beim häufigsten Wasserstoffkern fehlt das Neutron; andere Wasserstoffkerne können Neutronen enthalten.
Die Massenzahl zählt die Kernteilchen eines einzelnen Kerns. Die im Periodensystem angegebene mittlere Atommasse berücksichtigt die Häufigkeiten natürlich vorkommender Isotope und ist oft keine ganze Zahl. Sie ist keine Massenzahl, aus der du N eines einzelnen Kerns berechnen kannst.
Für eine grobe Abschätzung ist die Kernmasse etwa A mal 1 u. Zusatzwissen: Bindungsenergie ist die Energie, die man zum Trennen gebundener Teilchen braucht. Beim Zusammenbinden wird diese Energie frei. Weil Energie und Masse zusammenhängen, ist der gebundene Kern etwas leichter als seine getrennten Teilchen. Zur Atommasse kommen die Massen der Elektronen hinzu. Auch die Bindung der Elektronen an den Kern verändert die Masse geringfügig. Rechnen musst du damit hier nicht.
Definition
Isotope
Isotope sind Atome desselben Elements mit gleicher Protonenzahl Z, aber unterschiedlicher Neutronenzahl N. Deshalb unterscheiden sich auch ihre Massenzahlen A.
Merke: Die Protonenzahl beantwortet: Welches Element? Die Neutronenzahl beantwortet zusammen mit Z: Welches Isotop dieses Elements?
Beispiel: Vereinfachter Chlor-Mittelwert
- 1Ein vereinfachtes Gemisch enthält 75 % Chlor-35 und 25 % Chlor-37. Näherungsweise setzt du für die Isotopenmassen 35 u und 37 u ein.
- 20{,}75\cdot35\,\mathrm u+0{,}25\cdot37\,\mathrm u=35{,}5\,\mathrm u
- 335,5 u ist ein Mittelwert, keine Massenzahl eines einzelnen Kerns.
Teste dich
Gleichnamig positiv geladene Protonen stoßen sich elektrisch ab. Zwischen nahen Protonen und Neutronen wirkt zugleich die anziehende Kernkraft. Ihre Reichweite liegt in der Größenordnung von 10^{-15}\,\mathrm m.
Bei großen Kernen fällt die elektrische Abstoßung vieler Protonen stärker ins Gewicht. Ob ein Nuklid stabil ist, hängt auch von seiner Kombination aus Protonen und Neutronen ab.
Merke: Neutronen sind nicht einfach ein elektrischer „Klebstoff“. Der Zusammenhalt entsteht durch die kurzreichweitige Kernkraft zwischen Nukleonen, während Protonen sich zugleich elektrisch abstoßen.
Beispiel: Bei großen Kernen entsteht ein Wettbewerb
- 1Die Kernkraft zieht vor allem nahe Nukleonen an.
- 2Die elektrische Abstoßung wirkt zwischen den Protonen.
- 3Mit wachsender Protonenzahl kann die Abstoßung stärker ins Gewicht fallen.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Atomkern
Kern
Protonen und meist Neutronen; Elektronen sind in der Hülle
Kernladungszahl
Z zählt Protonen und legt das Element fest
Massenzahl
A zählt Protonen und Neutronen
Nuklid
feste Kombination aus Protonen- und Neutronenzahl
Mittlere Atommasse
Nach den Isotopenanteilen gewichteter Mittelwert; keine Massenzahl eines einzelnen Kerns
Kernkraft
bindet nahe Kernteilchen trotz Protonenabstoßung
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Kernzahlen von Calcium-42
- 1Gegeben ist Calcium-42 mit Z=20 und A=42.
- 2Die Ordnungszahl zeigt: Der Kern hat 20 Protonen.
- 3Die Massenzahl zählt Protonen und Neutronen zusammen.
- 4N=A-Z=42-20=22
- 5Probe: 20+22=42. Ein neutrales Atom hat zusätzlich 20 Elektronen.
Fehler finden
Brom-81 untersuchen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 381 zählt Protonen und Neutronen zusammen. Richtig ist N=A-Z=81-35=46 Neutronen.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Die Kernladungszahl Z zählt die . Die Massenzahl A zählt alle . Deshalb berechnest du die Neutronenzahl mit .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback