Aufgabenblock — AFB III
Begründen statt nur zählen: Modelle beurteilen, Aussagen widerlegen, Versuche entwickeln und Trends fortsetzen. Formuliere deine Antwort zuerst selbst, bevor du die Musterlösung aufklappst.
Nach Thomson ist die positive Ladung gleichmäßig über das ganze Atom verteilt, die Elektronen stecken darin wie Rosinen im Kuchen. Beurteile, ob dieses Modell Rutherfords Beobachtung erklären kann, dass einzelne α-Teilchen von der Goldfolie zurückgeworfen werden.
Hinweis: Ein α-Teilchen ist positiv geladen und etwa 7000-mal so schwer wie ein Elektron.
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Musterlösung: Das Thomson-Modell kann die Rückstreuung nicht erklären. Weil die positive Ladung dort über das ganze Atom verschmiert ist, wirkt auf ein durchfliegendes α-Teilchen nirgends eine große Kraft; die leichten Elektronen können das schwere α-Teilchen nicht umlenken. Alle Teilchen müssten fast geradeaus fliegen. Dass einige zurückprallen, zeigt: Positive Ladung und fast die gesamte Masse sind in einem winzigen Kern konzentriert. Das Modell ist damit widerlegt; Rutherfords Kern-Hülle-Modell erklärt beide Beobachtungen (fast alle fliegen durch, wenige prallen zurück).
Lea sagt: „Die molare Masse von Chlor ist 35,5 g/mol. Also wiegt jedes Chlor-Atom 35,5 u.“ Nimm Stellung zu Leas Aussage.
Hinweis: Verbinde die molare Masse aus Kapitel 1 mit den Isotopen aus 2.1.3.
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Musterlösung: Lea hat nur teilweise recht. Der Zahlenwert stimmt: 1 mol Chlor-Atome hat die Masse 35,5 g, und die mittlere Atommasse ist 35,5 u. Aber kein einzelnes Chlor-Atom wiegt 35,5 u. Natürliches Chlor ist ein Isotopengemisch aus etwa 76 % ³⁵Cl (≈ 35 u) und 24 % ³⁷Cl (≈ 37 u). Der Wert 35,5 u ist der gewichtete Mittelwert dieser Mischung — so wie ein Klassendurchschnitt von 2,4 keine Note ist, die jemand bekommen hat.
Im PSE steigt die Atommasse meistens mit der Ordnungszahl. Tim folgert: „Je größer die Ordnungszahl, desto größer die Atommasse — immer.“ Widerlege Tims Aussage mit einem Beispiel aus den ersten 20 Elementen und erkläre die Ursache.
Hinweis: Vergleiche Argon (Z = 18) und Kalium (Z = 19).
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Musterlösung: Argon hat Z = 18 und die Atommasse 39,9 u, Kalium hat Z = 19, aber nur 39,1 u. Die Atommasse sinkt hier also, obwohl die Ordnungszahl steigt. Ursache: Die Masse hängt auch von den Neutronen ab. Natürliches Argon besteht fast nur aus ⁴⁰Ar mit 22 Neutronen, Kalium vor allem aus ³⁹K mit 20 Neutronen. Deshalb ordnet man das PSE nach der Ordnungszahl (Protonenzahl), nicht nach der Masse — sonst stünde das Edelgas Argon bei den Alkalimetallen.