Was sind Atome? Aufbau mit Protonen, Neutronen und Elektronen

Atome sind die winzigen Bausteine aller Stoffe. Jedes Atom hat einen Kern aus Protonen und Neutronen und eine Hülle aus Elektronen; die Zahl der Protonen bestimmt das Element.

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2. Sek - 1. Jahr Gymnasium
Zyklus 3, Gymnasium
Lehrplan 21: NT.3.2.c

Zwei Jugendliche staunen im Chemiezimmer über ein grosses leuchtendes Atommodell mit Kern und kreisenden Elektronen.

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Das musst du wissen

Erklärung

Atome sind die winzigen Bausteine aller Stoffe: Luft, Wasser, dein Velo und du selbst. Jedes Atom hat einen Kern aus Protonen und Neutronen und eine Hülle aus Elektronen. Die Zahl der Protonen sagt dir, welches Element es ist.

Bausteine aller Stoffe

Atome sind so klein, dass etwa zehn Millionen nebeneinander einen Millimeter ergeben. In einem Wassertropfen stecken Trilliarden davon. Der Name kommt vom griechischen «atomos», unteilbar.

Atome derselben Sorte bilden ein Element. Bekannt sind 118 Elemente, zum Beispiel Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Gold.

MerkeEin Element besteht aus Atomen mit gleich vielen Protonen.

Kern und Hülle

In der Mitte liegt der Atomkern mit den Protonen und Neutronen. Er ist zehntausend- bis hunderttausendmal kleiner als das ganze Atom, trägt aber über 99.9 % der Masse.

Um den Kern liegt die Atomhülle mit den Elektronen. Sie bestimmt, wie gross das Atom ist. Fast der ganze Raum gehört also der Hülle, fast die ganze Masse dem Kern.

Die drei Teilchen

Proton ( $p^{+}$ ): positiv geladen, Masse etwa 1 u, im Kern.
Neutron (n): ungeladen, Masse etwa 1 u, im Kern.
Elektron ( $e^{-}$ ): negativ geladen, rund 1836-mal leichter als ein Proton, in der Hülle.

Das u ist die atomare Masseneinheit: $1 u = 1.66 \cdot 1 0^{- 27} kg$ .

MerkeProtonen plus, Neutronen neutral, Elektronen minus.

Ordnungszahl und Massenzahl

Die Ordnungszahl Z ist die Zahl der Protonen. Sie bestimmt das Element: Jedes Atom mit 6 Protonen ist Kohlenstoff. Im neutralen Atom gibt es gleich viele Elektronen wie Protonen.

Die Massenzahl A zählt Protonen und Neutronen zusammen. Die Neutronen sind der Rest: N=A−Z.

Kurz geschrieben steht die Massenzahl oben, die Ordnungszahl unten:

_{6}^{12} C

MerkeNeutronen = Massenzahl minus Ordnungszahl.

Isotope: gleiches Element, andere Masse

Atome eines Elements haben immer gleich viele Protonen, aber nicht immer gleich viele Neutronen. Solche Varianten heissen Isotope.

Kohlenstoff gibt es als Kohlenstoff-12 mit 6, Kohlenstoff-13 mit 7 und Kohlenstoff-14 mit 8 Neutronen. Chemisch verhalten sich Isotope gleich, denn dafür zählen die Elektronen.

Ionen: Elektronen abgeben oder aufnehmen

Bei bleibt der Kern gleich, nur die Elektronen ändern sich. Gibt ein Atom Elektronen ab, ist es positiv geladen. Nimmt es welche auf, ist es negativ geladen. Ein geladenes Atom heisst .

Natrium hat 11 Protonen. Gibt es ein Elektron ab, wird es zum Ion $N a^{+}$ mit 10 Elektronen.

MerkeElektronen abgeben macht plus, Elektronen aufnehmen macht minus.

Atome: Protonen, Neutronen, Elektronen (was sind atome): Übersicht mit Bausteine aller Stoffe; Die drei Teilchen; Ordnungszahl und Massenzahl; Ionen: Elektronen abgeben oder aufnehmen. — Atome: Protonen, Neutronen, Elektronen auf einen Blick: die wichtigsten Regeln.

Häufige Fehler

✕Die Massenzahl ist die Zahl der Neutronen.
✓Die Massenzahl zählt Protonen und Neutronen. Die Neutronen rechnest du aus: Massenzahl minus Ordnungszahl.
✕Ein Ion entsteht, wenn sich die Zahl der Protonen ändert.
✓Bei einem Ion ändert sich nur die Zahl der Elektronen. Mit einer anderen Protonenzahl wäre es ein anderes Element.
✕ $C l^{-}$ hat ein Elektron weniger, weil dort ein Minus steht.
✓Elektronen sind negativ. Minus heisst also ein Elektron mehr: $C l^{-}$ hat 17 Protonen und 18 Elektronen.
✕Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 sind zwei verschiedene Elemente.
✓Es sind Isotope desselben Elements: beide mit 6 Protonen, nur mit 6 bzw. 8 Neutronen.

Begriffe zum Nachschlagen

Atom: Kleinster Baustein eines Elements, aus Atomkern und Atomhülle.
Atomkern: Winziges Zentrum des Atoms mit den Protonen und Neutronen. Hier steckt fast die ganze Masse.
Atomhülle: Bereich um den Kern, in dem sich die Elektronen aufhalten. Sie bestimmt die Grösse des Atoms.
Proton: Positiv geladenes Teilchen im Atomkern, Masse etwa 1 u.
Neutron: Ungeladenes Teilchen im Atomkern, etwa gleich schwer wie ein Proton.
Elektron: Negativ geladenes, sehr leichtes Teilchen in der Atomhülle.
Element: Stoff aus Atomen mit gleich vielen Protonen, zum Beispiel Sauerstoff oder Gold.
Ordnungszahl: Zahl der Protonen im Kern. Sie bestimmt das Element und seinen Platz im Periodensystem.
Massenzahl: Zahl der Protonen und Neutronen zusammen.
Isotop: Atom eines Elements mit einer anderen Zahl Neutronen als seine Geschwister.

Noch unsicher? Zuerst lernen:Aggregatzustände

So geht's

Beispiele Schritt für Schritt

Beispiel 1Ein Sauerstoffatom abzählen

Sauerstoff hat die Ordnungszahl 8 und meist die Massenzahl 16. Wie viele Protonen, Elektronen und Neutronen hat ein neutrales Sauerstoffatom?

Lösung Schritt für Schritt

Die Ordnungszahl ist die Zahl der Protonen: $Z = 8 \Rightarrow 8 p^{+}$
Im neutralen Atom gibt es gleich viele Elektronen wie Protonen: $8 e^{-}$
Neutronen sind Massenzahl minus Ordnungszahl:N=16−8=8

Ein Sauerstoffatom hat 8 Protonen, 8 Elektronen und 8 Neutronen.

Beispiel 2Das Goldvreneli

Ein Mädchen und seine Grossmutter betrachten am Küchentisch eine glänzende Goldmünze in einem kleinen Kästchen.

Lea findet bei ihrer Grossmutter in Chur ein Goldvreneli. Gold hat die Ordnungszahl 79, das Goldatom die Massenzahl 197. Wie viele Protonen, Elektronen und Neutronen hat ein Goldatom?

Lösung Schritt für Schritt

Ordnungszahl 79 heisst 79 Protonen im Kern.
Das Atom ist neutral, also hat es ebenso viele Elektronen: 79.
Die Massenzahl 197 zählt Protonen und Neutronen zusammen. Für die Neutronen bleibt:N=197−79=118
Kontrolle: Protonen plus Neutronen gibt wieder die Massenzahl.79+118=197

Ein Goldatom hat 79 Protonen, 79 Elektronen und 118 Neutronen.

Beispiel 3Zwei Isotope von Chlor

Chlor (Ordnungszahl 17) kommt als Chlor-35 und als Chlor-37 vor. Vergleiche die beiden Atome.

Lösung Schritt für Schritt

Beide sind Chlor, also haben beide 17 Protonen und im neutralen Atom 17 Elektronen.
Neutronen von Chlor-35:N=35−17=18
Neutronen von Chlor-37:N=37−17=20
In der Kurzschreibweise: $_{17}^{35} Cl und_{17}^{37} Cl$

Die beiden Chlor-Isotope unterscheiden sich nur in den Neutronen: 18 bei Chlor-35, 20 bei Chlor-37. Protonen und Elektronen sind gleich (je 17).

Beispiel 4Salz im Pastawasser

Ein Jugendlicher streut in der Küche Salz in einen Topf mit kochendem Wasser, seine jüngere Schwester schaut zu.

Noah kocht in Luzern Spaghetti und gibt Kochsalz ins Wasser. Kochsalz besteht aus Ionen: $N a^{+}$ (Natrium, Ordnungszahl 11) und $C l^{-}$ (Chlor, Ordnungszahl 17). Wie viele Protonen und Elektronen hat jedes der beiden Ionen?

Lösung Schritt für Schritt

Natrium hat 11 Protonen. Das Plus heisst: ein Elektron abgegeben. $N a^{+} : 11 p^{+}, 11 - 1 = 10 e^{-}$
Chlor hat 17 Protonen. Das Minus heisst: ein Elektron aufgenommen. $C l^{-} : 17 p^{+}, 17 + 1 = 18 e^{-}$
Die Protonen bleiben bei beiden gleich, sonst wäre es ein anderes Element.

$N a^{+}$ hat 11 Protonen und 10 Elektronen, $C l^{-}$ hat 17 Protonen und 18 Elektronen.

Jetzt du

Übungen mit Lösungen

Fang beim Einstieg an. Klapp die Lösung erst auf, wenn du selbst gerechnet hast. Steckst du fest, gibt Fox dir einen Tipp.

Einstieg4Üben5Knacknüsse4

1
Aus welchen drei Teilchen besteht ein Atom, und wo sitzt jedes davon?
Lösung zeigen
Ergebnis: Protonen und Neutronen im Atomkern, Elektronen in der Atomhülle.
1. Im Kern in der Mitte liegen die schweren Teilchen: Protonen und Neutronen.
2. Um den Kern, in der Hülle, liegen die leichten Elektronen.
2
Welche Ladung haben Proton, Neutron und Elektron?
Lösung zeigen
Ergebnis: Proton positiv, Neutron ungeladen, Elektron negativ.
1. Proton: positiv, darum $p^{+}$ .
2. Neutron: neutral, also ohne Ladung.
3. Elektron: negativ, darum $e^{-}$ .
3
Stickstoff hat die Ordnungszahl 7. Wie viele Protonen und wie viele Elektronen hat ein neutrales Stickstoffatom?
Lösung zeigen
Ergebnis: 7 Protonen und 7 Elektronen.
1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen: 7.
2. Neutral heisst gleich viele Elektronen wie Protonen: 7.
4
Ein Atom hat viele geladene Teilchen. Warum ist es nach aussen trotzdem ungeladen?
Lösung zeigen
Ergebnis: Es hat gleich viele Protonen wie Elektronen. Die positiven und negativen Ladungen heben sich auf.
1. Jedes Proton trägt eine positive Ladung, jedes Elektron eine gleich grosse negative.
2. Im neutralen Atom gibt es gleich viele davon, also ist die Summe null.

5
Natrium hat die Ordnungszahl 11 und die Massenzahl 23. Wie viele Protonen, Elektronen und Neutronen hat ein Natriumatom?
Lösung zeigen
Ergebnis: 11 Protonen, 11 Elektronen, 12 Neutronen.
1. Protonen = Ordnungszahl = 11.
2. Elektronen im neutralen Atom = 11.
3. Neutronen: 23−11=12.
6
Ein Atom hat 26 Protonen und 30 Neutronen. Welches Element ist es, und wie gross ist seine Massenzahl? Schau im nach.
Lösung zeigen
Ergebnis: Eisen, Massenzahl 56.
1. 26 Protonen heisst Ordnungszahl 26: Im Periodensystem ist das Eisen (Fe).
2. Massenzahl: 26+30=56.
7
Aluminium hat die Ordnungszahl 13 und die Massenzahl 27. Schreib das Atom in der Kurzschreibweise und gib die Zahl der Neutronen an.
Lösung zeigen
Ergebnis: $_{13}^{27} Al$ mit 14 Neutronen.
1. Massenzahl oben, Ordnungszahl unten vor das Symbol: $_{13}^{27} Al$ .
2. Neutronen: 27−13=14.
8
Drei Atome: A hat 6 Protonen und 6 Neutronen, B hat 6 Protonen und 8 Neutronen, C hat 7 Protonen und 7 Neutronen. Welche zwei sind Isotope desselben Elements?
Lösung zeigen
Ergebnis: A und B, beide Kohlenstoff.
1. Isotope haben gleich viele Protonen, aber verschieden viele Neutronen.
2. A und B haben je 6 Protonen: beide Kohlenstoff, mit 6 bzw. 8 Neutronen.
3. C hat 7 Protonen und ist darum Stickstoff, ein anderes Element.
9
Magnesium hat die Ordnungszahl 12. Wie viele Elektronen hat das Ion $M g^{2 +}$ ?
Lösung zeigen
Ergebnis: 10 Elektronen.
1. Ein neutrales Magnesiumatom hat 12 Elektronen.
2. 2+ heisst: zwei Elektronen abgegeben.
3. 12−2=10 Elektronen.

10
Uran (Ordnungszahl 92) kommt als Uran-235 und Uran-238 vor. Wie viele Neutronen hat jedes? Reagieren die beiden chemisch verschieden?
Lösung zeigen
Ergebnis: Uran-235 hat 143, Uran-238 hat 146 Neutronen. Chemisch verhalten sie sich gleich.
1. Uran-235: 235−92=143 Neutronen.
2. Uran-238: 238−92=146 Neutronen.
3. Beide haben 92 Protonen und gleich viele Elektronen. Weil die Elektronen das chemische Verhalten bestimmen, reagieren sie gleich.
11
Ein Teilchen hat 17 Protonen, 18 Neutronen und 18 Elektronen. Was für ein Teilchen ist es? Gib Element, Massenzahl und Ladung an.
Lösung zeigen
Ergebnis: Ein Chlorid-Ion $C l^{-}$ von Chlor-35: Massenzahl 35, Ladung einfach negativ.
1. 17 Protonen: Ordnungszahl 17, also Chlor.
2. Massenzahl: 17+18=35.
3. Ein Elektron mehr als Protonen: Ladung 1−, also das Ion $C l^{-}$ .
12
Ein Heliumatom hat 2 Protonen, 2 Neutronen und 2 Elektronen. Wie schwer ist es ungefähr in u und in Kilogramm?
Lösung zeigen
Ergebnis: Etwa 4 u, also rund $6.6 \cdot 1 0^{- 27}$ kg.
1. Protonen und Neutronen wiegen je etwa 1 u, die Elektronen fast nichts: 2+2=4 u.
2. $1 u = 1.66 \cdot 1 0^{- 27}$ kg.
3. $4 \cdot 1.66 \cdot 1 0^{- 27} kg \approx 6.6 \cdot 1 0^{- 27} kg$ .
13
Warum zählt die Massenzahl nur Protonen und Neutronen, nicht aber die Elektronen?
Lösung zeigen
Ergebnis: Ein Elektron ist rund 1836-mal leichter als ein Proton. Die Elektronen tragen fast nichts zur Masse bei.
1. Proton und Neutron wiegen je etwa 1 u, ein Elektron nur etwa 0.0005 u.
2. Beim Kohlenstoff machen die 6 Elektronen zusammen nur etwa 0.003 u von 12 u aus, weniger als ein Promille.
3. Für eine ganze Zahl wie die Massenzahl fallen sie darum weg.

Bringt dein Kind Protonen, Neutronen und Elektronen noch durcheinander, übt eine Lehrperson mit ihm das Abzählen Schritt für Schritt am Periodensystem. Chemie-Nachhilfe für die Sek und das Gymnasium

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Trainer: Atome

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Immer neue Fragen zu Protonen, Neutronen und Elektronen, mit kurzer Erklärung nach jeder Antwort. Stufe 1 fragt nach Ort und Ladung der Teilchen, Stufe 2 lässt dich Teilchen abzählen, Stufe 3 übt Ionen und Isotope.

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Für Eltern und Lehrpersonen

Lehrplan 21

Typische Klasse: 2. Sek - 1. Jahr Gymnasium
Stufe: Zyklus 3, Gymnasium
Fach: Chemie

Meist in der 2. oder 3. Sek im Fach Natur und Technik: Atome aus Kern und Hülle mit Protonen, Neutronen und Elektronen. Im Gymnasium kommen Isotope, Ionen und die Atommasse genauer dazu.

NT.3.2.cAtome mit dem Kern-Hülle-Modell beschreiben: Protonen und Neutronen im Kern, Elektronen in der Hülle, dazu Ordnungszahl und Massenzahl.
NT.3.2.bStoffe und ihre Umwandlungen mit kleinsten Teilchen erklären, zum Beispiel mit einem Kugelmodell.
NT.3.2.dDen Bau der Atome mit dem Periodensystem verbinden, als nächster Schritt nach Kern und Hülle.

Codes nach dem Lehrplan 21 der Deutschschweiz, Umschreibung in eigenen Worten. Wann genau das Thema drankommt, legt das Lehrmittel der Schule fest. Alle Themen nach Lehrplan 21

Gut zu wissen

Häufige Fragen

Was ist ein Atom, einfach erklärt?

Ein Atom ist der kleinste Baustein eines Elements. Es hat einen winzigen Kern aus Protonen und Neutronen und rundherum eine Hülle aus Elektronen. Alle Stoffe bestehen aus Atomen.

Kann man Atome sehen?

Mit einem Lichtmikroskop nicht, dafür sind sie viel zu klein. Mit dem Rastertunnelmikroskop lassen sich einzelne Atome aber abbilden. Erfunden haben es Gerd Binnig und Heinrich Rohrer bei IBM in Rüschlikon, dafür bekamen sie 1986 den Nobelpreis für Physik.

Wie schwer ist ein Proton?

Ein Proton wiegt etwa $1.67 \cdot 1 0^{- 27}$ kg, also ungefähr 1 u. Ein Neutron ist fast gleich schwer, ein Elektron rund 1836-mal leichter.

In welcher Klasse lernt man den Aufbau der Atome?

Meist in der 2. oder 3. Sek im Fach Natur und Technik. Im Gymnasium wird der Atombau in Chemie und Physik vertieft, mit Isotopen, Ionen und genaueren Atommodellen. Je nach Kanton und Schule kann es ein Jahr früher oder später sein.