Im Zusammenhang mit seinem Streuversuch untersuchte Rutherford den Aufbau des Atomkerns genauer. Er fand dabei nicht nur heraus, dass die positive Ladung des Atomkerns mit steigender Ordnungszahl im Periodensystem immer stärker wird, sondern auch, dass diese Zunahme einer gewissen Gesetzmäßigkeit folgt: Wenn man der positiven Ladung des Wasserstoff-Atomkerns den Wert "+1" zuschreibt, hat der Atomkern des Heliums die LAdung "+2", der Kern des Lithiums die Ladung "+3" und so weiter. Die Ladung des Atomkerns eines Elements entspricht also genau der Ordnungszahl im Periodensystem.
Rutherford schloss daraus im Jahr 1919, dass es ein positiv geladenes Elementarteilchen geben muss, das genau die Ladung "+1" hat. Dieses Teilchen nannte er Proton. Die Ordnungszahl eines Elements gibt damit an, wie viele Protonen sich im Atomkern befinden.
Beispiel: Magnesium hat die Ordnungszahl 12. Im Atomkern des Magnesium-Atoms gibt es also 12 Protonen.
1932 konnte James Chadwick beweisen, dass es im Atomkern noch eine zweite Sorte von Elementarteilchen gibt. Da dieses neu entdeckte Teilchen keine elektrische Ladung hat, nannte er es Neutron. Die Rolle der Neutronen liegt in erster Linie darin, die positiv geladenen Protonen zusammenzuhalten und eine Abstoßung zu verhindern.
Sowohl die Protonen als auch die Neutronen haben jeweils die Masse 1 u. Die Masse der Elektronen in der Atomhülle hingegen ist so gering, dass sie sich nicht auf die Massenzahl eines Atoms auswirkt. Mithilfe der Ordnungszahl und der Massenzahl eines Elementes kann man also berechnen, wie viele Neutronen sich im Atomkern befinden.
Beispiel: Im Periodensystem wird das Element Kalium so dargestellt:
Kalium hat also die Ordnungszahl 19. Das bedeutet, im Atomkern gibt es 19 Protonen. Diese Protonen habe zusammen eine Masse von
. Da Kalium die Massenzahl 39 hat, muss es im Atomkern noch
Neutronen geben.
Verständnisaufgaben zur Aufbau des Atomkerns
Aufgabe 1
Erkläre stichpunktartig den Zusammenhang zwischen Ordnungs- und Protonenzahl sowie zwischen Massenzahl und Neutronenzahl am Beispiel des Atomkerns von
.
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Die Ordnungzahl und die Protonenzahl sind immer identisch. Da Aluminium die Ordnungszahl 13 hat, sind im Atomkern eines Aluminium-Atoms 13 Protonen. Die Atommasse wird durch die Gesamtzahl der Elementarteilchen im Atomkern bestimmt. Subtrahiert man die Ordnungzahl von der Massenzahl, so erhält man die Anzahl der Neutronen. Im Atomkern des Aluminium-Atoms gibt es also

Neutronen.
Aufgabe 2
Gib die Anzahl der Protonen und Neutronen für folgende Atome an:
,
,
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Neon: 10 Protonen, 10 Neutronen; Kupfer: 29 Protonen, 34 Neutronen; Gold: 79 Protonen, 118 Neutronen