Das Kern-Hülle-Modell und das Schalenmodell?
Hallo,
Kann mir jemand die Gemeinsamkeiten und die Unterschiede des Kern-Hülle-Modells und des Schalenmodells nennen?
Mfg
Hast du denn selbst überhaupt keine Ahnung? Nicht eine einzige...?
Nein, ich bin gerade erst in die Klasse gekommen und muss alles von selbst erlernen, da es meiner Lehrerin einfach egal ist. Die Arbeit ist diesen Montag.
1 Antwort
Moin,
das Kern-Hülle-Modell (von Rutherford) besagt, dass ein Atom aus einem winzig kleinen Kern und einer im Vergleich dazu riesigen Hülle besteht.
Der Kern ist massiv und positiv geladen.
In der Hülle, die aus Nichts besteht, befinden sich fast masselose Elektronen, also negative Ladungsträger.
Diese Erkenntnisse gewannen Rutherford und seine Mitarbeiter Marsden und Geiger mit Hilfe ihrer Streuversuche.
Dabei beschossen sie (unter anderem) eine hauchdünne Goldfolie mit Alphateilchen. Alphateilchen sind positiv geladene kleine Heliumkerne, die aus radioaktiven Präparaten ausgesendet werden (alpha-Strahlen).
Rutherford und seine Mitarbeiter wussten, dass die radioaktive Strahlung Materie durchdringen kann. Darum erwarteten sie, dass auch die Goldfolie einfach durchdrungen werden würde.
Doch zu ihrer großen Verblüffung stellten sie fest, dass die Alphateilchen zwar tatsächlich zum größten Teil einfach durch die Goldfolie hindurch gingen, dass aber ein paar Strahlen auch seitlich abgelenkt wurden und etwa jedes 10.000-ste Teilchen von der Goldfolie abprallte und zurückgeworfen wurde.
Das war mit der Vorstellung über Atome nach dem Thomsonschen Atommodell nicht vereinbar. Dalton und Thomson gingen nämlich davon aus, dass Atome die kleinsten unteilbaren Teilchen der Materie seien, die sie sich als massive Kugeln vorstellten.
Doch mit den Beobachtungen aus dem Streuversuch konnte das nicht stimmen. Diese Beobachtungen waren nur dann logisch erklärbar, wenn die Atome zum größten Teil aus Nichts bestehen würden. Dann nämlich wäre es logisch, dass die meisten Alphateilchen einfach durch die Goldfolie hindurch fliegen würden (was ja auch passiert).
Die Alphateilchen, die dagegen abgelenkt werden, müssen in die Nähe von etwas gekommen sein, was positiv geladen ist, weil die Naturwissenschaftler bereits wussten, dass sich gleisinnige Ladungen voneinander abstoßen. Darum konnte man die Ablenkung der Alphateilchen dann logisch erklären, wenn die positiv geladenen Alphateilchen in die Nähe von ebenfalls positiv geladenen Punkten im großen Nichts der Atome vorbeigeflogen wären. Die gleichen Ladungen der Alphateilchen und dieser Pluspole im großen Nichts der Atome hätten dann zu einer Ablenkung der Alphateilchen geführt, verstehst du?
Tja, so kam man auf die Erklärung, dass ein Atom aus einer riesigen Hülle und einem positiv geladenen Kern bestehen muss.
Doch nicht nur das. Die Beobachtung, dass etwa jedes 10.000-ste Teilchen sogar abprallte und zurückgeworfen wurde, bedeutete darüber hinaus auch noch, dass der Kern nicht nur positiv geladen ist, sondern auch die Masse des Atoms ausmachen muss, denn die Hülle aus Nichts hat natürlich keine Masse (es ist ja Nichts!) und von den bereits bekannten Elektronen wusste man auch, dass sie praktisch kaum eine nennenswerte Masse hatten.
Außerdem konnte man mit der Vorstellung, dass der Atomkern massiv ist, sehr gut erklären, dass Alphateilchen genau dann, wenn sie direkt auf so einen Atomkern zufliegen, von diesem abprallen und zurückgeworfen werden müssten.
Man konnte sogar sagen, dass der Atomkern etwa 10.000-mal kleiner als die Hülle sein wird, gerade weil nur etwa jedes 10.000-ste Alphateilchen im Strom der alpha-Strahlung genau auf einen Kern zufliegt und zurückgeworfen wird.
Soviel zum Kern-Hülle-Modell...
Später fand ein Herr Bohr heraus, dass die Elektronen in der Hülle von Atomen nicht in beliebigen Abständen in der Hülle verteilt sind, sondern immer in ganz bestimmten Abständen vorkommen. Bohr ging von Kreisbahnen aus, die um den Kern herum angeordnet sein sollten.
Das Problem war nämlich, dass unverständlich war, warum die negativ geladenen Elektronen nicht in den positiv geladenen Kern stürzen, da man wusste, dass sich entgegengesetzt geladene Teilchen gegenseitig anziehen (so wie sich gleichsinnig geladene Teilchen voneinander abstoßen).
Darum ging Bohr davon aus, dass sich die Elektronen auf den Kreisbahnen um den Kern herum bewegen. Dann, so meinte Bohr, würde zwar der Kern die Elektronen anziehen, aber weil die Elektronen auf der Kreisbahn fliegen, drückt sie die Fliehkraft nach außen (vom Kern weg). So käme es, dass die Elektronen auf stabilen Kreisbahnen mit bestimmten Abständen um den Atomkern kreisen würden.
Doch dies rief sogleich erneute Proteste hervor, weil man auch wusste, dass bewegte Ladungsträger Energie abstrahlen. Wenn aber die kreisenden Elektronen bei ihrem Flug um den Kern ständig Energie verlieren würden, dann müssten sie langsamer werden. Doch wenn sie langsamer würden, dann dürften sie ihre Kreisbahn nicht halten können. Sie müssten dann in einer Art Spiralbahn am Ende eben doch in den Kern stürzen.
Bohr löste dieses Problem schlicht und bündig mit der Behauptung, dass die Elektronen auf bestimmten (sogenannten „erlaubten”) Bahnen kreisen können, ohne dabei Energie abzustrahlen!
Das war ein starkes Stück! Die Physiker hätten Bohr sicherlich für dieses Postulat einfach ausgelacht, weil es kein einziges System gibt, bei dem bewegte Ladung keine Energie verliert. Aber Bohr konnte mit dieser willkürlichen Annahme das Spektrum des Elements Wasserstoff ganz exakt berechnen und vorhersagen. Und das verblüffte die Wissenschaftler. Sie wussten, dass das, was Bohr da behauptete, eigentlich nicht sein könne, aber mit dieser Behauptung konnte etwas mathematisch exakt berechnet werden, wozu es vorher keine Erklärung gab.
Man muss allerdings einräumen, dass Bohrs erlaubte Kreisbahnen schon beim nächsten Element (dem Helium) nicht mehr stimmte. Auch bei allen anderen Elementen wichen die Berechnungen ab. Zwar konnte ein Herr Sommerfeld die Berechnungen verbessern, wenn man in Mehrelektronensystemen statt der Kreisbahnen Ellipsen annahm, aber wirklich exakt waren auch diese Berechnungen nicht.
Immerhin blieb aber vom Bohrschen Atommodell die Vorstellung erhalten, dass Elektronen in Kreisen um den Atomkern angeordnet sind, wobei auf die erste Kreisbahn zwei Elektronen passen und auf die nächsten beiden Bahnen jeweils acht.
So entstand das Schalenmodell, bei dem ein Atom auch aus einem Kern und einer riesigen Hülle besteht. Mittlerweile wusste man auch, dass es im Kern positiv geladene Kernbausteine gibt, die man Protonen nannte. Man erkannte, dass es in den nach außen ungeladenen Atomen genau so viele Elektronen in der Hülle wie Protonen im Kern gibt.
Die Elektronen befinden sich in Unterhüllen, die wie die Blätter einer Zwiebel den Kern umhüllen. Diese Unterhüllen bezeichnete man als Schalen. In der ersten Schale (der K-Schale) befinden sich maximal zwei Elektronen. In der nächsten Schale (der L-Schale) sind maximal acht Elektronen zu finden, und in die dritte Schale (die M-Schale) passen (zunächst) wieder acht Elektronen.
Das solltest du über das Kern-Hülle-Modell und das Schalenmodell des Atombaus wissen.
Das Kern-Hülle-Modell beschreibt den Aufbau von Atomen durch einen winzig kleinen Kern, der die Masse und die positive Ladung in sich vereint. In der Hülle, die im Vergleich zum Kern riesig ist, und die aus Nichts besteht, befinden sich negativ geladene Elektronen.
Das Schalenmodell ist insofern genauer, als hier einerseits gezeigt wird, dass es in einem Atomkern die positiv geladenen Protonen gibt, als auch andererseits der Feinbau der Hülle genauer beleuchtet wird: Die Hülle ist dabei in Schalen unterteilt, in denen eine gewisse Anzahl von Elektronen Platz hat (2 - 8 - 8...).
Alles klar geworden?
LG von der Waterkant