ElementarteilchenElementarteilchen

+

–

+

–

–+

Abstossung

Abstossung

Anziehung

KathodenstrahlrohrKathodenstrahlrohr

zum Vakuum Anode(+)

Kathode(–)

Kathodenstrahlen Elektronen

KanalstrahlrohrKanalstrahlrohr

zum Vakuum

Wasserstoffatome

Anode(+)

Kathode(–)

Kathodenstrahlen

Kanal-strahlen

Protonen

–+–+

–+–+

–+

Ablenkung im elektrischen FeldAblenkung im elektrischen Feld

–Pol +Pol

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

++

+ +

+

+

+–

–

–

––

––

–

–

–

––

––

–

–

–

––

––

–

–

–

––

––

– –

KathodenstrahlenElektronen

KanalstrahlenProtonen

Protonen sind fast 2000-mal schwerer als Elektronen

–Pol +Pol

Teilchen Masse Ladung

Masse und Ladung der ElementarteilchenMasse und Ladung der Elementarteilchen

+ Protonen

Elektronen

Neutronen

1 u

0.00055 u

1 u

+ 1e

– 1e

0

p+

e–

no

Protonen Neutronen Elektronen Ladung Masse u

Masse g

20 22 18 +2e 42 6.972 10–23

11 12 10 +1e 23 3.818 10–23

30 34 30 0 64 1.062 10–22

3.

2824

60'000gm 3.614 10 u

1.66 10 g/u

2324

T

m 1gN 6.02 10 1 mol

m 1.66 10 g

2.

1.

Aufgabe 5Aufgabe 5

2

1 21

2 2 2

2 2 2 22 1 1

2

2 22 1 1

2 21 1

21

QF k

r

Q Q QF k k k

r (2r ) 4r

Qk

F 4r k Q r 1

F 4Q k Q 4rk

r

2

1 21

2 2 2

3 22 23

1 1

2

221

3 12 2

1 12

1

QF k

r

Q Q QF k k k

1 1r ( r ) r2 4

Qk

1rF k Q 4r 44

F 1Q k Q rk

r

a) b)F1

F2

F1

F3

Aufgabe 6Aufgabe 6

2

1 2 2

2 2

2 22 2

2 2

2 2 2 22 1

2 2 21

2

2e 6e 12eF k k

(2a) 4a

2e 3e 6e 54eF k k k

1 1 a( a) a3 9

54e Qk

F a r k 54e 4a 18

F 112e k a 12ek

4a

F2 ist 18-mal grösser als F1.Beide Kräfte sind abstossend.

Aufgabe 7 Aufgabe 8Aufgabe 7 Aufgabe 8

2 2

1 2 2 2

2

2 2 2

2 21

2 2 2

2 22 2

2

6e 4e 24e 3eF k k k

(4a) 16a 2a

1e 12e 12eF k k

x x

F 12e 1 3eF k k

8 8x 2a

k 12e 2a 8x 64a

k 3e

x 8a

2

1 2 2

2 2

2 2 2 2

2

2 222

2 2 21

2

8e 6e 48eF k k

(3a) 9a

4e 9e 36e 4eF k k k

(9a) 81a 9a

4ek

F k 4e 9a 19aF 1248e k 9a 48e

k9a

Der Abstand bei der zweitenAnordnung ist 8a.

F2 ist 12-mal kleiner als F1.F1 ist abstossend, F2 ist anziehend

Zwischen einem Teilchen mit der Ladung +14e und einem Teilchen mit der Ladung +6e beträgt der Abstand 2a und es wirkt eine Kraft F1.

Zwischen einem Teilchen mit der Ladung +4e und einem Teilchen mit unbekannter Ladung beträgt der Abstand 1/5 a und es wirkt eine Kraft F2, deren Betrag 100-mal grösser ist als der Betrag von F1. Welche Ladung kann das unbekannte Teilchen haben?

Zusatzaufgabe:Zusatzaufgabe:

2 2

1 2 2 2

2

2 2 22

2

2 1 2 2

2 2

2

14e 6e 84e 21eF k k k

(2d) 4d d

4e x x 4e x 100eF k k k

1 d1 dd 255

x 100e 21eF 100 F k 100 k

d d

100 k 21e dx 21e

k 100e d

Das Teilchen kann eine Ladung von+21e oder -21e haben

9. 18e19e

C1 *1sN eQ I t sI N 6.24 10

t t e 1.602 10 C

Es fliessen 6.24 1018 Elektronen durch den Leiter.

10. 20 20

eN eQ 2 10 1.602 10 C C

I = = 0.534 = 0.534 A t t 60s s

Die Stromstärke beträgt 0.534 A.

Streuxperiment von RutherfordStreuxperiment von Rutherford

AtommodelleAtommodelle

+

nach Dalton

homogene Massekugel

nach Thomson nach Rutherford

elektrostatische Anziehung zwischen p+ und e–

Kernkräfte zwischen p+ und no

elektrostatische Abstossung zwischen p+ und p+

sowie e–und e–

elektrostatische Abstossung zwischen p+ und p+ sowie e– und e–

Kannte man um 1900 noch nicht

elektrostatische Anziehung zwischen p+ und e–

+

+

+

++

+

Lithium im Atommodell nach RutherfordLithium im Atommodell nach Rutherford

Wenn Atome die gleiche Protonenzahl haben, gehören sie zum gleichen Element.

Atomart:

Protonenzahl Z 11 17 11Na 17Cl

Nuklidart:

Protonenzahl Z 11 17 17Neutronenzahl N 12 18 20

Massenzahl A 23 35 37

2311Na

3517Cl 37

17Cl

Isotope Nuklide

Reinelement Mischelement

leichter, gewöhnlicher Wasserstoff

schwerer Wasserstoff = Deuterium

überschwerer Wasserstoff = Tritium (radioaktiv)

                                               

                               

+

Isotope NuklideIsotope Nuklide

11H

21H

+ +

31H

Durchschnittliche Masse der Kugeln:

4 g

1 g

6 4g+3 1gm 3 g

9

AufgabenAufgaben

1. 6 Elektronen, Masse 13 u, Element Kohlenstoff, Symbol 136C

2. Massen-

zahl

Ordnungs-

zahl

Elektronen-

zahl

Neutronen-

zahl

Symbol Name

12 6 6 6 C Kohlenstoff

56 26 26 30 Fe Eisen

70 31 31 39 Ga Gallium

37 17 17 20 Cl Chlor

3. 79 Protonen, 79 Elektronen und 118 Neutronen 197

79 Au

4. 24Na hat ein Neutron mehr als 23Na. Es sind isotope Nuklide.

Verhältnis von Neutronen zu ProtonenVerhältnis von Neutronen zu Protonen

5. no p+

on

p

4He 2 2 1.0 56Fe 30 26 1.154 207Pb 125 82 1.524 238U*

(radioaktiv) 146 92 1.587

In einem stabilen Kern müssen die Abstossungskräfte zwischen den Protonen durch die

Kernkräfte kompensiert werden. Kleine Kerne enthalten etwa gleich viele Neutronen wie Protonen. Je grösser die Anzahl der Protonen, desto grösser ist die Anzahl der zusätzlich erforderlichen Neutronen. Ab einer Protonenzahl von mehr als 83 gibt es auch bei grossem Neutronenüberschuss keine stabilen Kerne mehr.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Protonenzahl

125120115110105100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Neu

tron

enza

hl

9p+, 10n0

33p+, 42n0

59p+, 82n0

71p+, 103n0

79p+, 118n0

Atome und IonenAtome und Ionen

63Li6

3Li 6 23Li

++

+ ++

+ ++

+ ++

+

Li-Atom Li2+-IonKation

Li+-IonKation

Li--IonAnion

63Li

6.

7. Elektrostatische Kräfte.

8. Von der Ladung und vom Abstand der Teilchen. Je grösser die Ladungen, desto stärker die Kräfte. Je kleiner der Abstand, desto stärker die Kräfte.

9. a) Zwischen einem Proton und einem Elektron: elektrostatische Anziehung. b) Zwischen einem Proton und einem Neutron: keine elektrostatischen Kräfte, aber Kernkräfte.

AtommasseAtommasse

10. 1 1 2 2T

m h m h 34.97u 75.77% 36.97u 24.23%m = 35.45u

100% 100%

11. 1 1 2 2T

m h m h 62.92u 69.09% 64.93u 30.91%m = 63.54u

100% 100%

12.

.

Die Masse des zweiten Bor-Nuklids beträgt 10.0068 u.

1 1 2 2T

m h m hm =

100%

11.0093u 80.22% x (100 80.22)%10.811u

100%

10.811u 100% 11.0093u 80.22% x (100 80.22)%

10.811u 100% 11.0093u 80.22%x 10.0068u

(100 80.22)%