Kapitel 2 Aufbau der Materie
Erde…
Wasser…
Luft…
Feuer
2. Aufbau der Materie
Kapitel 2 Aufbau der Materie
“Alle Körper sind aus Atomen aufgebaut, aus kleinen, sich ständig bewegenden Teilchen.
Wenn Atome einander zu nahe kommen, wirken zwischen ihnen abstoßende Kräfte. Entfernen sie sich etwas voneinander, so
treten anziehende Kräfte auf.”
Richard P. Feynman
1918 – 1988
1965 Nobelpreis
Richard P. Feynman
1918 – 1988
1965 Nobelpreis
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Demokrit aus Abderaum 460 – um 370 v. Chr.Demokrit aus Abderaum 460 – um 370 v. Chr.
“Nichts existiert als die Atome und der leere Raum.”
“Nichts existiert als die Atome und der leere Raum.”
Kapitel 2 Aufbau der Materie
• Historisch: Streit: Kontinuum - Kleinste Teilchen.• Demokrit, 5. Jh. v. Chr.: Es gibt Atome
(atomos=unteilbar)Er hatte ein mechanistisches Modell.Atome müssen ausgedehnt und unteilbar sein.
• Aristoteles sah darin einen Widerspruch.• Zu Beginn des 19. Jh. waren die chem.
Untersuchungsmethoden soweit gediehen, dass sich quantitative Messungen durchführen ließen.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
kalt feucht
heißtrocken
FeuerFeuer
LuftLuft
WasserWasser
ErdeErde
Aristoteles384 – 322 v. Chr.Aristoteles
384 – 322 v. Chr.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
1766 – 18441766 – 1844
Gesetz von der Erhaltung der Masse: Bei chemischen Reaktionen bleibt die Gesamtmasse der Reaktionsteilnehmer unverändert.
Gesetz der konstanten Proportionen: In einer chemischen Verbindung sind die einzelnen Bestandteile stets in einem bestimmten, charakteristischen Massenverhältnis enthalten.
Gesetz der multiplen Proportionen: Können zwei Bestandteile mehrere chemische Verbindungen bilden, so stehen die Mengen des einen Bestandteils, welche sich mit ein und derselben Menge des anderen Bestandteils verbinden können, im Verhältnis ganzer Zahlen.
John DaltonJohn Dalton
Kapitel 2 Aufbau der Materie
z. B. 2g H2 + 16g ½O2 → 18g H2O
Zum Gesetz der konstanten Proportionen
Zum Gesetz der multiplen Proportionen:
z. B. 63,54gCu + 16gO → 79,54 g CuO (Kupfer II – Oxid) 127,08gCu + 16g O → 143,08 g Cu2O (Kupfer I – Oxid)
John Dalton (1766 - 1844) sah in diesen Gesetzen den Beweis für den atomaren Aufbau der Materie. Atome verbinden sich zu Gruppen mit einheitlicher Struktur. → Verbindungen.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
A2B5
A2B3
A2B6
A2BAB AB
A2B2
AB2
AB2
Kapitel 2 Aufbau der Materie
1856 – 19401856 – 1940
„Rosinenkuchenmodell“„Rosinenkuchenmodell“
Joseph John ThomsonJoseph John Thomson
„verschmierte“ positive Ladungenthält Elektronen
Rutherford: Beschuss mit -Teilchen
Erwartung: „leichte“ Ablenkung durch die Elektronen
Kapitel 2 Aufbau der Materie
StreuversucheStreuversuche
Ernest Rutherford
Erwartung nach dem Thomsonschen Atommodell
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Streuversuchsergebnisse
Goldfolie
ZnS-Schirm
-Teilchen
radioaktives Präparat in Bleimantel
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Ernest Rutherford1911Ernest Rutherford1911
Rutherford - Atommodell
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.1 Das Atommodell
Die Atome sind keine massiven Kügelchen, sondern bestehen aus einem positiv geladenem Kern und einer negativen Hülle. Die Masse ist fast vollständig im Kern vereint. Die Hülle besteht aus negativ geladenen Elektronen und bestimmt die Größe und die chem. Eigenschaften des Atoms.
vgl. B.
(BW5) S. 21
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Protonen (p+) und Neutronen (n) nennen wir Nukleonen
Z ... Ordnungszahl = Anzahl der p
Die Atome sind meist neutral.
Daher Anzahl p+ = Anzahl der e-
Hat ein Atom ein oder mehrere e zuwenig oder zuviel. → ION.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.2 Begriffe:
AtomsCdesMasse
Atoms desMasseAtommasselativeRe
12612
1
Relative Molekularmasse ist Summe der relativen Atommassen, die diese Verbindung aufbauen.
Beispiel:
M H O2 1 + 1 + 16 = 18
Atomare Masseneinheit: 1 u = CdesMasseder12
1 126
- Atoms
1u mp mn
1u = 1,6605402(10) · 10-27 kg
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Größe der Atome:
d 10-10 bis 5.10-10 m
Größe des Kerns:
d 10-15 bis 5.10-15 m
Massenzahl = Protonenzahl + Neutronenzahl
A = Z + N ( Nukleonenzahl)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Isotope:
Beispiel: Wasserstoff: Besteht aus 1p und 1e.Es gibt aber auch Wasserstoff mit 1p +1n + 1e → schwerer Wasserstoff.
Atome mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Massenzahl bezeichnet man als Isotope.
Schreibweise:
C12
6
Protonenzahl
Massenzahl
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Vgl. B. (BW 5) Seite 25
Die Isotope sind in sogenannten Isotopentafeln aufgeschrieben.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Mol – Einheit der Stoffmenge n
1 Mol ist gleich der Stoffmenge, eines Systems, das aus ebenso vielen Teilchen besteht, wie Atome in 12g des Nuklids C-12 enthalten sind.
1 Mol enthält stets NA = 6,0221367(36).1023 mol-1 TeilchenNA … Avogadro-Konstante oder Lohschmidtsche Zahl
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Übungen: B. S. 27 , Aufgaben 1, 2, 5, 6
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.3 Das Periodensystem der Elemente
Ordnungszahl als OrdnungsprinzipPerioden: Anzahl der Schalen (Zeilen)Hauptgruppen: Anzahl der e in der äußersten Schale. (Spalten)
vgl. B. (BW 5) S. 104
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Aufbau der Atome
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Ernest Ernest RutherfordRutherford
Ernest Ernest RutherfordRutherford
Niels Niels BohrBohrNiels Niels BohrBohr
Erwin Erwin SchrödingerSchrödinger
Erwin Erwin SchrödingerSchrödinger
AtomkernAtomhülle
bestimmteBahnen
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Wasserstoff H: 1p 1e
HeliumHe: 2p 2e
K-Schale
K-Schale voll
L-Schale
BerylliumBe: 4p 4e
LithiumLi: 3p 3e
Kapitel 2 Aufbau der Materie
EndeEnde
H He
Be BLi NeC N O F
MgNa Al Si P S Cl Ar
KrCaK
Xe
Rn
K-Schale
L-Schale
M-Schale
N-Schale
O-Schale
I II III IV V VI VII VIII
Halogene
EdelgaseAlkalimetalle
Periodensystem
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Kleiner Ausschnitt
1
H1,0079
3
Li6,9
4
Be9,0
5
B10,8
10
Ne20,1
9
F19,0
8
O16,0
7
N14,0
6
C12,0
11
Na23,0
12
Mg24,3
13
Al27,0
18
Ar39,9
17
Cl35,5
16
S32,1
15
P31,0
14
Si28,1
2
He4,0
MetalleMetalle NichtmetalleNichtmetalle
Kapitel 2 Aufbau der Materie
H He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
F
Cl
Br
I
At
Be
Ca
Sr
Ba
Ra
Mg
La
Ac U
O
S
Se
Te
Po
N
P
As
Sb
Bi
C
Si
Ge
Sn
Pb
B
Al
Ga
In
Tl
Zn
Cd
Hg
Cu
Ag
Au
Uu
Ni
Pd
Pt
Ds
Co
Rh
Ir
Mt
Fe
Ru
Os
Hs
Mn
Tc
Re
Bh
Cr
Mo
W
Sg
V
Nb
Ta
Db
Ti
Zr
Hf
Rf
Sc
Y
La-Lu
Ac-Lr
Ce
Th
Pr
Pa
Nd
U
Pm
Np
Sm
Pu
Eu
Am
Gd
Cm
Tb
Bk
Dy
Cf
Ho
Es
Er
Fm
Tm
Md
Yb
No
Lu
Lr
Alkalim
etalle
Ede
lgase
Halogen
eErda
lkalim
etalle
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18I II III IV V VI VII VIII
Kapitel 2 Aufbau der Materie
H He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
F
Cl
Br
I
At
Be
Ca
Sr
Ba
Ra
Mg
La
Ac U
O
S
Se
Te
Po
N
P
As
Sb
Bi
C
Si
Ge
Sn
Pb
B
Al
Ga
In
Tl
Zn
Cd
Hg
Cu
Ag
Au
Uu
Ni
Pd
Pt
Ds
Co
Rh
Ir
Mt
Fe
Ru
Os
Hs
Mn
Tc
Re
Bh
Cr
Mo
W
Sg
V
Nb
Ta
Db
Ti
Zr
Hf
Rf
Sc
Y
La-Lu
Ac-Lr
Ce
Th
Pr
Pa
Nd
U
Pm
Np
Sm
Pu
Eu
Am
Gd
Cm
Tb
Bk
Dy
Cf
Ho
Es
Er
Fm
Tm
Md
Yb
No
Lu
Lr
PeriodensystemPeriodensystem
Kapitel 2 Aufbau der Materie
H He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
F
Cl
Br
I
At
Be
Ca
Sr
Ba
Ra
Mg
La
Ac U
O
S
Se
Te
Po
N
P
As
Sb
Bi
C
Si
Ge
Sn
Pb
B
Al
Ga
In
Tl
Zn
Cd
Hg
Cu
Ag
Au
Uu
Ni
Pd
Pt
Ds
Co
Rh
Ir
Mt
Fe
Ru
Os
Hs
Mn
Tc
Re
Bh
Cr
Mo
W
Sg
V
Nb
Ta
Db
Ti
Zr
Hf
Rf
Sc
Y
La-Lu
Ac-Lr
Ce
Th
Pr
Pa
Nd
U
Pm
Np
Sm
Pu
Eu
Am
Gd
Cm
Tb
Bk
Dy
Cf
Ho
Es
Er
Fm
Tm
Md
Yb
No
Lu
Lr
Unter Alltagsbedingungen sindUnter Alltagsbedingungen sind
11 Elemente gasförmig 11 Elemente gasförmig (H, N, O, F, Cl und die (H, N, O, F, Cl und die Edelgase He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), Edelgase He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn),
2 Elemente flüssig (Br, Hg).2 Elemente flüssig (Br, Hg).
Periodensystem der ElementePeriodensystem der Elemente
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.4 Bindungsarten
Erarbeite aus dem Buch S. 24 die 3 Bindungsarten!MetallbindungIonenbindungAtombindung
Aufgaben 2 und 3 B (BW 5) S. 24
Lösungen:
A2: Metallbindung: gute el. und Wärmeleitfähigkeit, VerformbarkeitIonenbindung: schlechte Leitfähigkeit, spröde, in Wasser löslich - dann leitfähigAtombindung: schlechte Leiter, sehr häufig in Form von Kristallen meist hart
A3:NH3 ... AtombindungNa2O ... Ionenbindung
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Nichtmetall–NichtmetallNichtmetall–Nichtmetall
KristKristallgitteallgitterr
z.B.: Diamantz.B.: Diamant
MoleküleMoleküle
z.B.:z.B.:
WasserWasser
RiesenmoleküleRiesenmoleküle
AtombindungAtombindung
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Nichtmetall–MetallNichtmetall–Metall
negatives Nichtmetallionnegatives Nichtmetallion
positives Metallionpositives Metallion
IonenbindungIonenbindung
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Metall–MetallMetall–Metallpositiver Atomrumpfpositiver Atomrumpf
ElektronengasElektronengas
MetallbindungMetallbindung
Kapitel 2 Aufbau der Materie
MetalleMetalle
IsolatorIsolatorkein Stromfluss in kein Stromfluss in
IonenkristallenIonenkristallen
Isolator - Metalle
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Molekül–MolekülMolekül–Molekül
––
+
+
Van-der-Waals-KräfteVan-der-Waals-KräfteVan-der-Waals-KräfteVan-der-Waals-Kräfte
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Schneekristalle
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.5 Stabile und instabile Kerne - Radioaktivität
• Die Bindung von e- an den Atomkern kann durch das Wirken der elektrischen Kräfte erklärt werden. el. WW
• Zwischen den Nukleonen wirken die Kernkräfte (Starke WW). Diese haben nur eine geringe Reichweite (10-15 m) (Kräfte zwischen den Quarks).
• verschiedene Atome können ohne äußere Einwirkung Teilchen aussenden. Radioaktivität.
• Sie wurde 1896 von Henri Becquerel zufällig entdeckt. Ein Urankristall in der Nähe einer Fotoplatte schwärzte diese. Becquerel erhielt zusammen mit M. Curie und Pierre Curie 1903 den Nobelpreis für Physik.
• Madame Curie wies 1898 nach, dass es sich dabei um und in der Uranerzblende handelte.
• Die Aktivität eines radioaktiven Stoffes wird in Becquerel angegeben.
Ra22688
Po21084
Kapitel 2 Aufbau der Materie
18961896
Henri BecquerelHenri Becquerel
RadioaktivitätRadioaktivität
Kapitel 2 Aufbau der Materie
18981898
Marie und Marie und Pierre CuriePierre Curie
Polonium Polonium 8484Po Po
Radium Radium 8888RaRa
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Viktor Franz Hess (1883 – 1964)
Viktor Franz Hess (1883 – 1964)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Einheit für den radioaktiven Zerfall
• 1 Becquerel = 1 Zerfall pro Sekunde (1Bq = 1 s-1 )
• alte Einheit: 1 Curie = 3,7∙1010 Bq (1Ci)
• 1 Ci entspricht der Aktivität von 1 g Radium
Führe Aufgabe A1 auf Seite 29 aus!
Kapitel 2 Aufbau der Materie
A1 Seite 29 Basiswissen 5RG
Lebensmittel Grenz-wert nCi/l
In Bq/l
bzw.
Bq/kg
Durch-schnitts-wert in nCi/l
In Bq/l
bzw.
Bq/kg
Milch 0,3nCi/l 0,1 nCi/l
Schweine- u. Geflügelfleisch
5nCi/kg 0,25 nCi/kg
Rindfleisch 16nCi/kg 0,75 nCi/kg
Lebensmittel Grenz-wert nCi/l
In Bq/l
bzw.
Bq/kg
Durch-schnitts-wert in nCi/l /kg
In Bq/l
bzw.
Bq/kg
Milch 0,3nCi/l 11,1 0,1 nCi/l 3,7
Schweine- u. Geflügelfleisch
5nCi/kg 185 0,25 nCi/kg
9,25
Rindfleisch 16nCi/kg 592 0,75 nCi/kg
27,75
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.6 Strahlenarten
2.6.1 - Strahler = ist ein Heliumkern
Beispiele:
RnRa 22286
22688
He42
ThU 23490
23892
NpAm 23793
24195
Beim -Zerfall findet eine Kernumwandlung statt.
YX 4A
2ZAZ
α-Zerfall:
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Versuche mit = 432,6 a (Schwarze Hülse)
• Messung des Leerwerts– Messdauer: t = 60s
Messung 1 2 3 Mittelwert
Impulse
Am24195
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Versuche mit = 432,6 a (Schwarze Hülse)
Reichweite von -Strahlern(Am-241 ) und Abschirmmöglichkeit
Bei der jeweiligen Entfernungseinstellung einmal ohne, das zweite Mal mit einem Blatt Papier messen.
Messdauer: t = 10s
Am24195
Entfernung in cm
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5
Impulse
Impulse ohne Leerwert
Abschirmung mit Papier
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Versuche mit = 432,6 a (Schwarze Hülse)
Ergebnis: • Die Reichweite ist sehr gering. In Luft einige
cm. - Strahlen können bereits mit einem Blatt Papier abgeschirmt werden.
• Sie sind trotzdem sehr gefährlich, weil sie stark ionisierend wirken.
• Bemerkung: Die noch auftretende Reststrahlung rührt von der -Strahlung her.
Am24195
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.6.2 ß--Strahler(grüne Hülse)
HWZ: 10,76a /(4,48h).
... Antineutrino, entsteht infolge der schwachen Wechselwirkung.
Reichweite von ß--Strahlern: Messdauer: t = 10s
ßRbKr 8537
8536
Entfernung in cm 5 10 20 30 50
Impulse
Impulse ohne Leerwert
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Reichweite von ß--Strahlern:
Ergebnis:
Noch in 50 cm haben wir erhöhte Strahlung, die Reichweite der ß- - Strahler beträgt etwa 2 m - 3m.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Strahlenkegel:
• Messdauer: t = 10s• Abstand Quelle Zählrohr ca. 14cm
Winkel in Grad
-45° -30° -15° 0° 15° 30° 45°
Impulse
Ergebnis: Die ß- - Strahlen breiten sich in einem Strahlenkegel aus. Am intensivsten zwischen ‑15° und 15°.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Ablenkung von ß--Strahlen mit Magnet
• Messdauer: t = 10s• Abstand Quelle Zählrohr ca. 14cm
Winkel in Grad
-45° -30° -15° 0° 15° 30° 45°
Impulse
Ergebnis: Die ß- - Strahlen lassen sich in einem Magnetfeld ablenken.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Absorption von --Strahlen durch Plastikfolien:
Messdauer: t = 10s
Abstand Quelle Zählrohr: 10cm
Anzahl Folien 1 2 3 4 5 6 7 8
Impulse
Impulse ohne Leerwert
Zeichne ein Diagramm: senkrecht:Impulse; waagrecht: Anzahl Folien
Ergebnis: ß- - Strahler lassen sich durch Folien abschirmen. (auch durch Plexiglas und Metalle)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.6.3 -Strahlen
• Ihre Strahlung ist ähnlich dem Licht , aber nicht sichtbar und viel durchdringender.
• Ihre Aussendung erfolgt in Form von "Energieportionen" "Quanten".
• Beispiele:
ßNiCo 6028
6027
BaßBaCs 13756
13756
13755
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:
• Messdauer: t = 10s• Abstand Quelle Zählrohr: 5cm
Schichtdicke Pb [mm]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Impulse
Diagramm: senkrecht:Impulse;waagrecht: Schichtdicke von Blei
Ermittle die Halbwertsdicke: (Dicke, bei der die Strahlung auf die Hälfte des Wertes abgesunken ist.)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:
• Messdauer: t = 10s• Abstand Quelle Zählrohr: 5cm
Schichtdicke Pb [mm]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Impulse 99 92 75 68 64 52 49 42 41 32 32
Diagramm: senkrecht:Impulse;waagrecht: Schichtdicke von Blei
Ermittle die Halbwertsdicke: (Dicke, bei der die Strahlung auf die Hälfte des Wertes abgesunken ist.)
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:
• Ermittle die Halbwertsdicke.
• Sie beträgt hier etwa 12 mm.
Halbwertsdicke
0102030405060708090
100110
0 5 10 15 20
Dicke der Bleiplatten in mm
Imp
uls
e
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Absorption von -Strahlen durch Bleiplatten:
Ergebnis: Die Halbwertsdicke bei Co-60 beträgt ca. ….. mm.
Folgerung: Die -Strahlen sind aufgrund ihrer großen Durchdringungsfähigkeit und ihrer großen Reichweite sehr gefährlich, da sie auch schwer abschirmbar sind.
Die Intensität der -Strahlung (Dosisleistung), sinkt mit dem Quadrat der Entfernung von der Quelle.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Der radioaktive BallonVersuch:
Ein Ballon (nicht aufgeblasen) wird unter einen Geigerzähler gelegt.Ergebnis 1: Die Impulsanzahl entspricht etwa früheren Messungen des Leerwerts.
Der Luftballon wird aufgeblasen und durch Reiben an Schafwolle oder fettfreiem Kopfhaar elektrisch ge laden. Anschließend wird er so aufgehängt, dass er sich nicht durch Kontakt mit leitenden Objekten entladen kann.
Ergebnis 2:
Nach einiger Zeit (10 Minuten bis 2 Stunden) wird der Ballon ausgelassen. Mit dem Geigerzähler lässt sich jetzt eine wesentlich über der Leerrate liegende Aktivität auf der Ballonhaut nachweisen.
Das elektrische Feld ließ Ionen der Tochterprodukte des Radon zum Ballon wandern.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
T1/2 Zerfall Energie
Rn-222 3,8 d α 5.5 MeV
Po-218 3 min α 6,0 MeV
Pb-214 26,8 min ß- 0,7 MeV (γ)
Bi-214 19,9 min ß- 1,5 MeV (γ)
Po-214 164 µs α
Pb-210 22 a ß-
Tochterprodukte des Radon
Kapitel 2 Aufbau der Materie
2.7 Bilden von Arbeitsgruppen
• Kosmische Strahlung (S. 31, A1) (Folie B 2.11) • Halbwertszeit ( S. 32 + (Folie B 2.12/1+2 ) (A 2
u. A3)• Radiocarbonmethode und radiometrische
Altersbestimmung (S. 33) (A1, A2 S 33)• Strahlenquellen und Strahlenschutz (S. 34)
(Folie B 2.13) A2 u. A3 • Isotopentafel erklären• Fundamentale Wechselwirkungen B. S. 35
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Entstehung von C-14
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Glühstrümpfe
Zunächst benutzte Carl Auer von Welsbach Magnesium-Oxide, Zirconiumdioxid, dann Lanthan, Yttrium und Praseodym-Verbindungen. Sie alle weisen ein mäßiges Absorptionsvermögen im sichtbaren Bereich auf und produzieren nur ein braunweißes Leuchten. Der Durchbruch gelang ihm mit Ceroxid, zusammen mit Thoriumdioxid zur Stabilitätsverbesserung. Die Zusammensetzung von 1 Prozent CeO2 und 99 Prozent ThO2 wurde erst vor wenigen Jahrzehnten durch eine Mischung aus Yttriumoxid und Ceroxid abgelöst, um auf das leicht radioaktive ThO2 verzichten zu können.
Th 232 ist ein -Strahler 1,4∙1010 aCe (Ordnungszahl 58) hat mehrere stabile Isotope
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Radiotoxizität [Bearbeiten]Das Thoriumisotop 232Th ist mit seiner Halbwertszeit von 14,05 Mrd. Jahren noch wesentlich schwächer radioaktiv (geringere Dosisleistung) als Uran, da durch die längere Halbwertszeit weniger Zerfälle pro Sekunde stattfinden und auch die Konzentration der kurzlebigen Zerfallsprodukte geringer bleibt. Thorium ist ein α-Strahler und aufgrund dieser Strahlungsart gefährlich bei Inhalation und Ingestion. Metall-Stäube und vor allem Oxide sind aufgrund ihrer Lungengängigkeit radiotoxisch besonders gefährlich und können Krebs verursachen. Beim Lagern und Umgang von bzw. mit Thorium und seinen Verbindungen ist auch die stetige Anwesenheit der Elemente aus der Zerfallsreihe zu beachten. Besonders gefährlich sind starke Beta- und die mit einem hohen 2,6 MeV-Anteil sehr energiereichen und durchdringungsfähigen Gammastrahler.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Radium 228Ra (Halbwertszeit 5,75 a), Actinium 228Ac (6,15 h), Thorium 228Th (1,9116 a), Radium 224Ra (3,66 d), Radon 220Rn (55,6 s), Polonium 216Po (0,145 s), Blei 212Pb (10,6 h), Bismut 212Bi (60,55 min), daraus zu 64 % Polonium 212Po (3·10−7 s) und zu 36 % Thallium 208Tl (3,053 min), aus beiden stabiles Blei 208Pb.
Die Zerfallsprodukte des natürlich vorkommenden Thoriums-232 sind in folgender Reihenfolge:
Kapitel 2 Aufbau der Materie
227Th in Spuren 18,72 d α 6,146 223Ra
228Th in Spuren 1,9131 a α 5,520 224Ra
229Th {syn.} 7880 a α 5,168 225Ra
230Th in Spuren 75.380 aα 4,770 226Ra
SF 10−11%
231Th in Spuren 25,52 hβ− 0,389 231Pa
α 10−8% 4,213 227Ra
232Th 100 % 1,405 · 1010 aα 4,083 228Ra
SF 10−9%233Th {syn.} 22,3 min β− 1,245 233Pa234Th in Spuren 24,10 d β− 0,273 234Pa
Syn = synthetisch hergesetllt
Thorium-Isotope Zerfallsenergie MeVHWZ
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Titel: Strahlenschutz
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Aktivität einer Strahlungsquelle =Anzahl der Zerfälle pro SekundeEinheit: 1Becquerel=1Bq=1s–1
Ionendosis =Betrag der elektrischen Ladungen gleichen Vorzeichens, die pro Kilogramm des bestrahlten Körpers erzeugt werden. Einheit: 1C/kg
Aktivität, Ionendosis
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Energiedosis =pro Kilogramm absorbierte StrahlungsenergieEinheit: 1Gray=1Gy=1J/kg
Äquivalentdosis =
Energiedosis · QualitätsfaktorEinheit: 1Sievert=1Sv=1J/kg
Kapitel 2 Aufbau der Materie
effektive Dosis in Sv Strahlenwirkungen
0 bis 0,5 Ohne größeren diagnostischen Aufwand keine unmittelbar nachteiligen Wirkungen feststellbar, aber Schwächung des Immunsystems,
0,5 bis 1 Veränderungen des Blutbilds, Hautrötungen, vereinzelt Übelkeit, Erbrechen, sehr selten Todesfälle,
1 bis 2 nachteilige Wirkungen auf das Knochenmark, Erbrechen, Übelkeit, schlechtes Allgemeinbefinden, etwa 20% Sterblichkeit,
ab 4 schwere Einschränkungen des Allgemeinbefindens sowie schwere Störungen der Blutbildung, die Infektionsbereitschaft ist stark erhöht, 50%ige Sterblichkeit,
ab 6 neben den genannten schweren Störungen treten gastrointestinale Symptome auf, die Überlebensrate ist nur noch sehr gering,
über 7 nahezu 100 %ige Sterblichkeit,über 10 zusätzlich Schädigung des ZNS, bis hin zu Lähmungen,über 100 schneller Tod durch Ausfall des ZNS (Sekundentod).
Symptome bei einem Menschen, der einer kurzzeitigen Ganzkörperbestrahlung ausgesetzt war.
Kapitel 2 Aufbau der Materie GrundwasserBoden-
strahlung
NahrungsmittelKünstliche Strahlung
Kosmische Strahlung
Atmung
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Radioaktive Elemente im MenschenSchilddrüseJod 129Jod 131
MuskelKalium 42Caesium 137
LeberKobalt 60Tellur 132Plutonium 239
NierenRuthenium 106
EierstöckeKalium 42Kobalt 60Zink 65Ruthenium 105Jod 131Caesium 137Barium 140Plutonium 239
HautSchwefel 35
LungeKrypton 85Radon 222Uran 233Plutonium 239
MilzPolonium 210
KnochenmarkStrontium 90Ruthenium 106
HodenTritium 3
KnochenKohlenstoff 14Phosphor 32Zink 65Strontium 90Barium 140Promethium 147Radium 226Thorium 234Plutonium 239
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Strahlenfrühwarnsystem
340 automatische Messstationen zur Messung der Ortsdosisleistung (-Strahlung)
10 Luftmonitore zur Messung der bodennahen Luft in Grenznähe(-, - und -Strahlung)
Direktverbindung zu ausländischen StrahlenfrühwarnsystemenEndeEnde
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Gravitation (Massenanziehung, Schwerkraft)
Elektromagnetische Wechselwirkung
Starke WW
Schwache WW
Übersicht
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Konstruieren von Begriffsnetzen mit Concept Mapping
Den Schülerinnen und Schülern werden Begriffe zu einem Themengebiet vorgegeben.
In Gruppenarbeit (ca. 4 Schüler/innen) sollen sie diese Begriffe in ein Begriffsnetz bringen.Die Schüler schreiben jeden dieser Begriffe auf einen Zettel eines Haftnotizblocks. Diese Zettel kleben sie auf ein Packpapier und versuchen nun Beziehungen zwischen den Begriffen herzustellen. Dies deuten sie durch Pfeile, die von einem zum anderen Begriff führen, an. Zusätzlich schreiben sie die Art der Beziehung zu diesem Pfeil.
Es sollten möglichst viele Verbindungen hergestellt werden, dabei sollten sich nicht zu viele Pfeile kreuzen. Eventuell müssen die Begriffe umgeordnet werden. Die Pfeile und die Beschriftung sollte man vorerst mit Bleistift durchführen, damit sich Korrekturen leichter durchführen lassen.
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Wenn das Concept Map „fertig“ ist (nach Diskussion mit dem Lehrer oder Korrektur), ist es günstig, dieses nochmals auf ein DIN a 4 Blatt zu zeichnen, damit man es kopieren kann und alle Gruppenteilnehmer das Ergebnis zum Lernen mitnehmen können.
ElektronenEnergiestufen (Schalen)Atomhüllechem. VerhaltenNeutronenNukleonenIsotope
AtomOrdnungszahlProtonenMassenzahlPeriodensystemModellAtomkern
Ordne folgende Begriffe einander zu!
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Kapitel 2 Aufbau der Materie
Radioaktiver Zerfall
0102030405060708090
100
0 1 2 3 4 5 6 7
Halbwertszeiten
Men
ge
in %
HWZ Menge in %
0 100
1 50
2 25
3 12,5
4 6,25
5 3,125
6 1,5625
7 0,78125
8 0,390625
9 0,1953125
10 0,09765625
11 0,04882813
Halbwertszeit
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