4.2 Test 1

Question 1

Rutherford-Experiment gewonnenen Erkenntnisse aufzeigen

Answer 1

Alpha-Teilchen werden auf Goldfolie gestrahlt
Leuchtschirm wurde um die Folie gespannt
Erwartung: Eig. sollten sie laut Kugelteilchen-Modell abprallen
Ergebnisse:
->meisten Alpha-Teilchen durchdrangen die Folie
->wenige prallten ab
->wenige wurden abgelenkt

Kenntnisse:
-Atome sind keine festen kugeln
-Bestehen hauptsächlich auch nichts(Hülle)
-gesamte Atommasse konzentriert in einem kleinen Kern im Zentrum
-einige Teilchen wurden abgelenkt da Kern positiv geladen ist (Alpha-Teilchen auch positiv) (Kern muss auch Neutronen drin haben damit sich Protonen nicht abstossen)deshalb müssen negative geladene Elektronen in der Hülle sein (sind sehr klein deshalb kein Widerspruch zu „leerer“ Atomhülle)

Question 2

Elementarteilchen sind:

Answer 2

Protonen, Neutronen, Elektronen

Question 3

(1 Elektron) Masse, Ladung, wieso stürzen nicht in den Kern?

Answer 3

0.0006 u, -1, stürzen nicht in den kern weil sie sich ständig bewegen

Question 4

(1 Proton) Masse, Ladung

Answer 4

1.007 u, +1

Question 5

(1 Neutron) Masse, Ladung, was bewirken sie?

Answer 5

1.008 u, keine Ladung, Protonen stossen sich nicht ab

Question 6

Kernbindungskraft

Answer 6

-Fördert Zusammenhalt zwischen P und N
-entsteht durch Gluonen (werden schnell hin und her ausgetauscht)
-ist stärker als Abstossungskraft der P aber dafür viel kürzere reichweite

Question 7

Erfkläre wieso die Atome, obwohl sie zum Teil aus geladenen Teilchen aufgebaut sind, elektrisch neutral sind.

Answer 7

Weil es gleich viele Protonen wie Neutronen hat

Question 8

Erkläre wieso die relative Atommasse bei vielen Atomsorten nicht genau ganzzahlig ist.

Answer 8

Wegen dem Massendefekt:
Stoffe haben nicht immer die selbe anzahle Neutronen (sieht man bei der NZ) aber man muss den Durchschnitt davon (abhängig von der % Zahl) herausfinden.

Ausserdem nimmt man bei der Berechnung der Atommasse an dass 1 Nukleon einem Unit entspricht + gerundete Häufigkeit (%)

Question 9

Nuklid

Answer 9

Genaue Atomsortenangaben mit bestimmter Anzahl N und P.

Question 10

Isotope

Answer 10

Atome der gleichen Atomsorte aber anderen NZ (verschieden viele Neutronen)

Verschiedene Nuklide derselben Atomsorte

Question 11

Elementarstoff neue Definition

Answer 11

Stoffprobe mit lauter Atomen mit der gleichen OZ (aber nicht unbedingt gleicher NZ)

Question 12

Misch-Elementarstoffe

Answer 12

Bestehen aus verschiedenen Isotopen

Question 13

Rein-Elementarstoffe

Answer 13

Haben keine verschiedenen Isotope

Question 14

Berechnung durchschnittliche relative Atommasse

Answer 14

(Kommazahl %1) x (Anzahl Nukleonen in u 1) + (Kommazahl %2) x (Anzahl Nukleonen in u 2)

Question 15

Was ist mit Radioaktivität gemeint?

Answer 15

-Nuklide mit Neutronenmangel/Neutronenüberschuss haben instabilen Kern
(->Radionuklide)
-kern zerfällt spontan und sendet Strahlung aus
(->Radioaktivität)
-radioaktive Kerne zerfallen so lange bis sie einen stabilen Kern haben

Question 16

Welche Typen von Radioaktivität kommen natürlich vor?

Answer 16

verschiedene Strahlentypen:
->Alpha NZ-4, OZ-2
->Beta OZ+1
->Gamma bleibt gleich
-Strahler
(gibt aber noch andere, aber nicht wichtig)

Question 17

Alpha-Strahler

Answer 17

-Schwerer Kern mit Neutronenmangel
-Atomkern zerfällt
-NZ-4, OZ-2

Question 18

Beta-Strahler

Answer 18

-Kerne mit Neutronenüberschuss
-Neutron zerfällt
-OZ+1

Question 19

Gamma-Strahler

Answer 19

-Kern mit Energieüberschuss (metastabile Nuklide)
-Begleitet oft Alpha und Beta Zerfall
-keine Veränderung (elektromagnetische Wellen)

Question 20

Halbwertszeit

Answer 20

a=Jahre
b=Tage
h=Stunden
m=Minuten
s=Sekunden
ms=Millisekunden

Question 21

Erkläre wieso bei einer Kernreaktion Energie entstehen kann.

Answer 21

Wenn grosse Kerne gespaltet werden entstehen kleinere Kerne, welche energetisch günstiger sind (Abstossungkräfte zwischen den P nehmen ab weil es weniger P hat).
Bei Entstehung solcher günstigen Kerne wird dan Energie in Form von elektromagnetischen Gamma-Strahlen abgegeben.
E=m x c^2

Question 22

Kernspaltung

Answer 22

-Grosser Kern wird mit N beschossen
-N wird aufgenommen
—>instabiler Kern entsteht
-zerfällt nun durch Kernspaltung
-N fliegen weg und treffen weitere grosse Kerne
—>Kettenreaktion
-Anzahl fliegender N verdoppelt sich nach jeder Spaltung—>Anzahl Spaltungen vergrössert sich explosionsartig->schnelle Freisetzung grosser Energiemengen

Wenn genug spaltbare Kerne dort sind (kritische Masse) und nicht zu viele N nach aussen fliegen gibt es eine Explosion (Atombombe)

Question 23

Aufbau eines Kernkraftwerks (KKW)

Answer 23

-U-Kerne werden im Brennelement gespalten
-Brennelemente erhitzen sich
—>Umwandlung von Kernspaltungsenergie zu Wärmeenergie
-Brennelemente im Reaktordruckgefäss erhitzen das Wasser um sie herum
-Kühlmittelpumpe befördert heisses Wasser (+100°C) zum primären Wasserkreislauf zu einem Wärmetauscher
-Wasser eines sekundären Wasserkreislaufes wird dort so stark erwärmt bis es verdampft
-Dampf wird darin unter hohem Druck gehalten
—>Wärmeenergie wird in potentielle Energie umgewandelt das der Dampf unter hohem Druck steht
-nun lässt man den Dampf aus den Düsen gegen die Dampfturbinen strömen
—>Turbinen rotieren
—>potentielle Energie wird zu Bewegungsenergie
-Generator wandelt Bewegungsenergie zu elektrischer Energie um

(verliert Energie an die Umgebung bei der Umwandlung, Gesamtwirkungsgrad: 35%)

-Tertiärer Wasserkreislauf kühlt Dampf ain einem Kondensator ab
—>im Wärmetauscher wieder kühles/flüssiges Wasser

Question 24

Kontrolle der Kernspaltung

Answer 24

-für Brennstäbe(Brennelemente) wird Uran235 (3%) und Uran238 (97%) verwendet
-Brennstäbe sind von Moderator (ZB: Wasser) umgeben
—>bremst schnelle Neutronen ab (nur langsame Neutronen können in U235 eine Kernspaltung auslösen)
-Moderator auch gleichzeitig Kühlmittel des Reaktorkerns

-Steuerstäbe bestehen aus neutronenabsorbierenden Stoffen (Borcarbid, B4C)
-Bor-Kerne absorbieren Neutronen unter Gamma-Strahlung
—>wird in Lithium-/Heliumkerne gespalten

So kommt es nicht zu einer Überhitzung des Reaktors/Explosion.
Werden Steuerstäbe komplett zwischen die Brennstäbe eingefahren
—>Reaktor wird abgeschaltet
Steuerstäbe vollständig herausgezogen
—>Reaktor wird eingeschaltet

Question 25

Funktionsweise einer Atombombe

Answer 25

-spaltbares Material: Uran 235 oder Plutonium 239
-genügend spaltbare Kerne (kritische Masse, wenn Masse nicht erreicht dann werden durch Kernspaltung entstandene N an Umgebung abgegeben->können keine Atome mehr spalten)
-Atomb. enthält 2 Uran-/Plutoniumstücke dessen Massen unterkritisch sind
-Stücke sind von konventionellem, chemischen Sprengstoff + dickem Stahlmantel umgeben
-Bombe wird gezündet
—>Stücke werden durch explodierenden Sprengstoff so zusammengedrückt dass Kettenreaktion startet
-Mantel verhindert vorzeitiges Verdampfen des Urans/Plutoniums + reflektiert herausdrängende N
—>Zahl der Kernspaltungen steigt stark an
—>dabei entstehende Kernenergie wird in Bruchteilen von Sekunden freigesetzt und Bombe explodiert

Question 26

Wirkungsweise einer Atombombe

Answer 26

-wenige Zehntelsekunden nach Explosionsbeginn(Lichtblitz) bildet sich ein Feuerball (Oberfläche: 6000°, wie die Sonne)
-enorme Wärmestrahlung lässt alles brennbare brennen & ruft tödliche Verbrennungen hervor
-gleichzeitig intensiver Ausbruch von Neutronen-/Gammastrahlen
—>wirken tödlich
-bei Explosion auch Druckwellen
—>Überschallgeschwindigkeit
-schwerste Gebäude-/Umweltschäden in grossem Umkreis
-Strahlung wandelt Atomkerne des Bombenmaterials und der Umgebung in radioaktive Kerne um, welche auch langanhaltende Strahlung aussenden
-radioaktiver Staub kann durch wind viele 1000 Kilometer verbreitet werden
—>Teilchen fallen als radioaktiver Regen auf Erde
—>Umweltverschmutzung
—>gefährdet Gesundheit von Menschen/Tieren/Pflanzen

Wasserstoffbombe ist Weiterentwicklung von Atombombe (Zerstörungskraft/Wirkungsradius ist viel grösser)

Question 27

Erkläre wie die Atomhülle nach dem Schalen-Modell aufgebaut ist.

Answer 27

K-Schale: 2 Elektronen
L-Schale: 8 Elektronen
M-Schale: 8 Elektronen
N-Schale: 8 Elektronen
usw…
Rechnung zur maximalen Anzahl Elektronen: 2n^2
Es sind aber nicht unendlich viele Schalen möglich da ab einem bestimmten Abstand zum Kern die Anziehung der Elektronen zu gering ist.

Question 28

Sie können Regelmässigkeiten bzw. Unregelmässigkeiten in den Energiebeträgen, die zum schrittweisen Entfernen von Elektronen aus der Atomhülle aufgewendet werden, aufzeigen.

Answer 28

Das erste ist am einfachsten zu entfernen da die anderen Elektronen, mit der selben Distanz zum Kern, es abstossen.
Das letzte ist am schwierigsten zu entfernen da es am nächsten am Kern ist (und somit angezogen wird) und es auch keine anderen Elektronen hat welche es abstossen.

Desto näher man an den Kern kommt, desto grösser die Ionisierungsenergie + alle 8 elektronen gibt es einen klaren Energiesprung. Bei den letzten zwei gibt es auch wieder einen Energiesprung.

Question 29

Elektronenkonfiguration

Answer 29

Angabe der Anzahl Elektronen pro Schale
Bsp: Natrium-Atom
K2 L8 M1

Question 30

Ionisierungsenegrie (IE)

Answer 30

Energie um einem Atom ein Elektron zu entreissen
—>es entsteht ein positiv geladenes Ion

Question 31

Zeige den Zusammenhang zwischen Licht und Energie auf.

Answer 31

Licht ist elektromagnetische Energie. Diese besteht aus Wellen und je nach Wellenlänge ist es eine andere Art. Wenn die Wellenlänge zwischen 100 nm und 1Mikrometer dann sind es Lichtwellen.

(Sichtbarer Bereich des Lichts liegt zwischen 400 nm und 800 nm)

Question 32

Erkläre wie Licht in verschiedene Farben zerlegt werden kann.

Answer 32

Wenn man es auf eine CD oder durch ein Prisma scheint so lässt es sich in die einzelnen Farben mit ihren entsprechenden Wellenlängen auffächern.

Farbpalette die man dann sieht: Lichtsprektrum
Einzelne Farben: Spektralfarben

Für jede wahrgenommene Farbe eine Wellenlänge
—>gibt von dieser wellenlänge eine ergänzung auf Weiss
—>diese Ergänzung=komplementärfarbe

Question 33

Welche Farben sieht man

Answer 33

Wenn aus weissem Licht nur eine Wellenlänge entfernt wird dann sehen wir die Komplementärfarbe dieser bestimmten Wellenlänge.

-Materie verschluckt ausgewählte Wellenlängen(Absorption)
-übrige Wellenlängen strahlen zurück (Reflexion)

—>absorbiert ein körper eine bestimmte Farbe so erscheint uns die komplementärfarbe

Körper reflektiert aber die Farbe welche er nicht komplett aufnehmen kann.
Bsp: absorbiert 490nm wird aber mit 550 bestrahlt
->reflektiert also die 550 (nicht die Komplementärfarbe davon)

Question 34

Zusammenhang zwischen Wellenlänge und des Lichts und der dementsprechenden Energie (E)

Answer 34

E=(h x c) : Wellenlänge in m

1nm=10^-9 m

Question 35

Unter welchen Bedingungen wechseln die Elektronen hin und her zwischen den Schalen der Atomhülle.

Answer 35

Atome können zum Aussenden (Emission) von Licht angeregt werden:
-dem Atom wird Energie (Wärme/Elektrizität) zugeführt
-einzelne E nehmen Energie auf
—>werden in eine höhere Schale gehoben
-nehmen dabei einen Energiebetrag auf

(Angeregter Zustand: Atome in höheren Schalen als im Grundzustand
Wechsel von der einen Schale in die andere: Quantensprung)

-Atome im angeregtem Zustand tendieren in Energieärmeren Grundzustand zurückzukehren
—>fallen wieder in die tiefere Schale
—>Atom gibt Energie ab

Question 36

Erkläre die Flammenfärbung in einfachen Worten

Answer 36

Bei Quantensprüngen von einer höheren Schale in eine tiefere wird die Energie, welche das Elektron vorher aufgenommen hat, als elektromagnetische Energie freigesetzt.
Wenn diese gerade im Bereich des sichtbaren Lichts liegt dann sieht man eine farbe.
Das Atom sendet Licht aus (Lichtemission)
Dies nennt sich Flammenfärbung.

Question 37

Lichtlinienspektrum

Answer 37

Zeigt die Farben (Wellenlängen) welche während den Quantensprüngen freigesetzt werden.
Bei jeder Atomsorte ist dies je nach Anzahl E anders

Question 38

Valenzschale

Answer 38

Äusserste mit Elektronen besetzte Schale
Bestimmt das chemische verhalten einer atomsorte

Question 39

Atomrumpf

Answer 39

Rest des Atoms ohne die Valenzschale (d.h. innere Schalen + Kern)

Question 40

PSE Gruppen

Answer 40

-Spalten
-haben ähnliche Stoffeigenschaften (deshalb spezielle Hauptgruppen-Namen)
-Atomsorten der selben Gruppe haben gleiche Anzahl Valenzelektronen

Question 41

Perioden

Answer 41

-Zeilen
-nicht gleich lang
-Anzahl besetzter Schalen (oben nach unten)

Question 42

8 Hauptgruppen mit Name

Answer 42

1. Alkalimetalle
2. Erdalkalimetalle
3. Erdmetalle
4. Kohlenstoff-Gruppe
5. Stickstoff-Gruppe
6. Chalkogene
7. Halogene
8. Edelgase

Question 43

Edelgaskonfiguration

Answer 43

8 Elektronen in der Valenzschale

Question 44

Zeige auf wie sich die ähnlichen Eigenschaften innerhalb der Alkalimetall-Hauptgruppe von Elementarstoff zu Elementarstoff verändern.

Answer 44

Alle ähnliche Farben
Li: schwarz gräulich
Na: Silber-grau
K:schwarz-violett

Schneidbarkeit ist auch ähnlich:
Li: schwierig
Na:leicht
K:butterweich

Reagieren alle recht stark mit Wasser:
(Stark) Li<Na<K<… (schwach)

Question 45

Atomradius

Answer 45

Periode:
Zunehmende Kernladung von links nach rechts bei immer gleich bleibender Anzahl mit Elektronen besetzter Schalen
->E werden immer näher zum Kern hingezogen

Hauptgruppe:
Mit jeder Periode +1 Atomhülle
->grösser + Anziehung zum Kern kleiner

Question 46

Metall-Charakter

Answer 46

-schwach festgehaltene VE
->lockere Atomhülle

Hauptgruppe:
Nimmt von oben nach unten zu
->Atomradius wird grösser, mehr Platz

Periode:
Nimmt von links nach rechts ab
—>mehr Elektronen innerhalb der selben Anzahl an Schalen, es wird enger

Question 47

Rumpfladung

Answer 47

-muss positiv sein, weil VE fehlen

Periode:
Nimmt links nach rechts kontinuierlich zu
—>in einer Hauptgruppe haben alle Atomsorten die gleiche Anzahl VE

Question 48

Wahrscheinlichkeits-Raum eines Elektrons

Answer 48

Elektronenwolke/Orbital