4.2 Test 1 Flashcards
Rutherford-Experiment gewonnenen Erkenntnisse aufzeigen
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)
Elementarteilchen sind:
Protonen, Neutronen, Elektronen
(1 Elektron) Masse, Ladung, wieso stürzen nicht in den Kern?
0.0006 u, -1, stürzen nicht in den kern weil sie sich ständig bewegen
(1 Proton) Masse, Ladung
1.007 u, +1
(1 Neutron) Masse, Ladung, was bewirken sie?
1.008 u, keine Ladung, Protonen stossen sich nicht ab
Kernbindungskraft
-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
Erfkläre wieso die Atome, obwohl sie zum Teil aus geladenen Teilchen aufgebaut sind, elektrisch neutral sind.
Weil es gleich viele Protonen wie Neutronen hat
Erkläre wieso die relative Atommasse bei vielen Atomsorten nicht genau ganzzahlig ist.
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 (%)
Nuklid
Genaue Atomsortenangaben mit bestimmter Anzahl N und P.
Isotope
Atome der gleichen Atomsorte aber anderen NZ (verschieden viele Neutronen)
Verschiedene Nuklide derselben Atomsorte
Elementarstoff neue Definition
Stoffprobe mit lauter Atomen mit der gleichen OZ (aber nicht unbedingt gleicher NZ)
Misch-Elementarstoffe
Bestehen aus verschiedenen Isotopen
Rein-Elementarstoffe
Haben keine verschiedenen Isotope
Berechnung durchschnittliche relative Atommasse
(Kommazahl %1) x (Anzahl Nukleonen in u 1) + (Kommazahl %2) x (Anzahl Nukleonen in u 2)
Was ist mit Radioaktivität gemeint?
-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
Welche Typen von Radioaktivität kommen natürlich vor?
verschiedene Strahlentypen:
->Alpha NZ-4, OZ-2
->Beta OZ+1
->Gamma bleibt gleich
-Strahler
(gibt aber noch andere, aber nicht wichtig)
Alpha-Strahler
-Schwerer Kern mit Neutronenmangel
-Atomkern zerfällt
-NZ-4, OZ-2
Beta-Strahler
-Kerne mit Neutronenüberschuss
-Neutron zerfällt
-OZ+1
Gamma-Strahler
-Kern mit Energieüberschuss (metastabile Nuklide)
-Begleitet oft Alpha und Beta Zerfall
-keine Veränderung (elektromagnetische Wellen)
Halbwertszeit
a=Jahre
b=Tage
h=Stunden
m=Minuten
s=Sekunden
ms=Millisekunden
Erkläre wieso bei einer Kernreaktion Energie entstehen kann.
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
Kernspaltung
-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)
Aufbau eines Kernkraftwerks (KKW)
-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
Kontrolle der Kernspaltung
-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
Funktionsweise einer Atombombe
-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
Wirkungsweise einer Atombombe
-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)
Erkläre wie die Atomhülle nach dem Schalen-Modell aufgebaut ist.
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.
Sie können Regelmässigkeiten bzw. Unregelmässigkeiten in den Energiebeträgen, die zum schrittweisen Entfernen von Elektronen aus der Atomhülle aufgewendet werden, aufzeigen.
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.
Elektronenkonfiguration
Angabe der Anzahl Elektronen pro Schale
Bsp: Natrium-Atom
K2 L8 M1
Ionisierungsenegrie (IE)
Energie um einem Atom ein Elektron zu entreissen
—>es entsteht ein positiv geladenes Ion
Zeige den Zusammenhang zwischen Licht und Energie auf.
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)
Erkläre wie Licht in verschiedene Farben zerlegt werden kann.
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
Welche Farben sieht man
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)
Zusammenhang zwischen Wellenlänge und des Lichts und der dementsprechenden Energie (E)
E=(h x c) : Wellenlänge in m
1nm=10^-9 m
Unter welchen Bedingungen wechseln die Elektronen hin und her zwischen den Schalen der Atomhülle.
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
Erkläre die Flammenfärbung in einfachen Worten
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.
Lichtlinienspektrum
Zeigt die Farben (Wellenlängen) welche während den Quantensprüngen freigesetzt werden.
Bei jeder Atomsorte ist dies je nach Anzahl E anders
Valenzschale
Äusserste mit Elektronen besetzte Schale
Bestimmt das chemische verhalten einer atomsorte
Atomrumpf
Rest des Atoms ohne die Valenzschale (d.h. innere Schalen + Kern)
PSE Gruppen
-Spalten
-haben ähnliche Stoffeigenschaften (deshalb spezielle Hauptgruppen-Namen)
-Atomsorten der selben Gruppe haben gleiche Anzahl Valenzelektronen
Perioden
-Zeilen
-nicht gleich lang
-Anzahl besetzter Schalen (oben nach unten)
8 Hauptgruppen mit Name
- Alkalimetalle
- Erdalkalimetalle
- Erdmetalle
- Kohlenstoff-Gruppe
- Stickstoff-Gruppe
- Chalkogene
- Halogene
- Edelgase
Edelgaskonfiguration
8 Elektronen in der Valenzschale
Zeige auf wie sich die ähnlichen Eigenschaften innerhalb der Alkalimetall-Hauptgruppe von Elementarstoff zu Elementarstoff verändern.
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)
Atomradius
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
Metall-Charakter
-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
Rumpfladung
-muss positiv sein, weil VE fehlen
Periode:
Nimmt links nach rechts kontinuierlich zu
—>in einer Hauptgruppe haben alle Atomsorten die gleiche Anzahl VE
Wahrscheinlichkeits-Raum eines Elektrons
Elektronenwolke/Orbital
