Frage von bastianprimus, 114

Gibt die Atommasse im Periodensystem die Anzahl der Elementarteilchen an?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von DedeM, Community-Experte für Chemie, 40

Moin,

es gibt eine ganze Reihe von Elementarteilchen, aber ich gehe mal davon aus, dass du die meinst, die direkt am Atombau beteiligt sind?!
Dann hätten wir die positiv geladenen Protonen, die man im Atomkern findet, die ungeladenen Neutronen, die man ebenfalls im Atomkern findet und die negativ geladenen Elektronen, die man in der Atomhülle antrifft.
Protonen und Neutronen haben eine atomrelevante Masse. Sie wiegen beide etwa 1 u. Man kann das auch in Gramm bzw. Kilogramm umrechnen, aber dann ergeben sich schlecht handhabbare Zahlen. Deshalb führte man die Atommasseneinheit u ein.
Elektronen wiederum tragen zur Masse des Atoms praktisch nichts bei, denn sie sind circa 2000-mal leichter als Protonen oder Neutronen (genauer sind sie etwa 1830-mal leichter). Das bedeutet, wenn du ungefähr 2000 Elektronen zusammenbringst, hätten die gerade einmal die Masse von ungefähr einem Proton. Da selbst im schwersten bekannten Atom nur 118 Elektronen enthalten sind, kannst du sicherlich einsehen, dass diese im Vergleich mit den Massen von Protonen und Neutronen unberücksichtigt bleiben können.

Doch weiter... Die bekannten Elemente sind im sogenannten Periodensystem der Elemente (PSE) angeordnet. Dabei wird der Platz, den jedes Element einnimmt, durch die Anzahl von Protonen bestimmt, die im Kern der jeweiligen Atome der jeweiligen Elemente zu finden sind. Wasserstoffatome haben beispielsweise 1 Proton im Kern. Deshalb steht Wasserstoff auf dem ersten Platz im PSE. Heliumatome haben 2 Protonen im Kern (+ diverse Neutronen). Darum steht Helium auf Platz 2. Da Lithium den 3. Platz belegt, ahnst du sicherlich schon, dass das daran liegt, dass Lithiumatome 3 Protonen im Kern haben (+ diverse Neutronen) usw. Du kannst also an der Ordnungszahl (also der Platzzahl, die ein Element im PSE einnimmt) direkt ablesen, wie viele Protonen die Atome des betrachteten Elements im Kern haben. Umgekehrt weißt du sicher, dass ein Atom, das in seinem Kern zum Beispiel 17 Protonen hat, ganz sicher zum Element Chlor gehört. Daher gilt schon einmal der Zusammenhang:

Ordnungszahl = Protonenzahl.

Da die Protonen im Kern zu finden sind und weil die Protonen einfach positiv geladen sind, zeigt die Protonenzahl auch noch an, wie stark der Atomkern eines Atoms positiv geladen ist. Zwar findet man im Kern auch noch die Neutronen, aber die haben zwar Masse, jedoch keine Ladung, so dass nur die Protonen die Ladung des Kerns ausmachen. Darum gilt noch folgender Zusammenhang:

Ordnungszahl = Protonenzahl = Kernladungszahl.

Außerdem gilt für Atome darüber hinaus:

Protonenzahl = Elektronenzahl,

weil Atome elektrisch neutrale Teilchen sind, bei denen sich die Wirkungen der positiven Ladungsträger und die Wirkungen der negativen Ladungsträger gerade ausgleichen. Das ist nur möglich, wenn es von Protonen und Elektronen gleich viele gibt. Aber nochmal: Das gilt NUR FÜR ATOME!

Nun hast du oben bereits gelesen, dass die Masse eines Atoms im Grunde von der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Neutronen abhängt. Oder anders gesagt, die Summe der Massen aller Protonen und Neutronen, die beide im Atomkern zu finden sind, bestimmen die Masse des Atoms. Es gilt:

Protonenzahl + Neutronenzahl = Massenzahl.

Wenn du also weißt, von welchem Element du ein Atom betrachtest und wenn du die Masse dieses Atoms kennst, dann kannst du die Anzahl der Neutronen leicht dadurch bestimmen, indem du von der Masse die Protonenzahl subtrahierst, also

Massenzahl – Protonenzahl = Neutronenzahl.

Das ist zum Beispiel dann wichtig, wenn du Atome hast, die zwar gleiche Protonenzahlen aufweisen (also zum selben Element gehören), aber die unterschiedlich schwer sind.
Nun erhebt sich eine Frage: Wenn die Masse eines Atoms nur von den Protonen und den Neutronen in seinem Kern abhängt und beide etwa gleich viel wiegen, nämlich 1 u, wie ist es dann möglich, dass die Masse von beispielsweise Chlor mit 35,5 angegeben wird? Die "...,5" scheint anzudeuten, dass es auch halbe Protonen oder Neutronen gibt. Aber das ist nicht so (man kann zwar Protonen oder Neutronen zerlegen und erhielte dann andere, kleinere Elementarteilchen, aber das passiert im Atom nicht so ohne weiteres).
Kommt die "...,5" dann vielleicht doch durch den Einfluss von Elektronen zustande? Nein, auch das stimmt nicht. Elektronen tragen bekanntlich praktisch nichts zur Masse eines Atoms bei!
Die Erklärung ist eine andere. In der Natur gibt es zwei verschiedene Chloratomtypen. Diese unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen, die sie im Kern haben. Zwar haben alle Chloratome 17 Protonen im Kern (denn Chlor steht auf Platz 17 im PSE), aber das bedeutet ja nicht automatisch, dass dann auch gleich viele Neutronen im Kern jedes Chloratoms vorhanden sein müssen. Immer wenn es von Atomen eines Elements mehrere Sorten gibt, die zwar dieselbe Protonenzahl haben, aber unterschiedlich viele Neutronen, spricht man von Isotopen.

Isotop heißt also: gleiche Protonenzahl, verschiedene Neutronenzahl (und dadurch auch verschiedene Atommasse).

Der Begriff Isotop bedeutet so viel wie "gleicher Platz" (von iso = gleich und topos = Platz) und bezieht sich darauf, dass die verschieden schweren Teilchen zum gleichen Element gehören (und deshalb den gleichen Platz im PSE belegen - trotz ihrer unterschiedlichen Masse).

Um auf das Problem der Dezimalstelle bei der Atommasse zurück zu kommen... In der Natur gibt es also zwei verschieden schwere Chloratome. Das eine hat eine Masse von 35 u, das andere wiegt 37 u. Messerscharf kannst du also folgern, dass das leichtere 18 Neutronen im Kern hat, während das andere 20 Neutronen besitzt, denn

35 (Massenzahl) – 17 (Protonenzahl) = 18 (Neutronenzahl)
bzw.
37 – 17 = 20

Aber nun musst du noch wissen, dass die beiden Isotope von Chlor nicht gleich häufig vorkommen. Vom leichteren gibt es 75%, während das schwerere nur einen Anteil von 25% hat. Wenn du nun diese ganzen Dinge berücksichtigst und die durchschnittliche Masse aller Chloratome berechnest, erhältst du

75% 35-Cl + 25% 37-Cl = 100% Cl

0,75 • 35 u + 0,25 • 37 u = durchschnittliche Masse
26,25 u + 9,25 u = 35,5 u

Das heißt: Kommastellen bei einer Massenzahl bedeuten, dass es von dem betrachteten Element mehrere Isotope gibt, deren unterschiedliche Massen unter Berücksichtigung ihrer relativen Häufigkeiten zu einem Durchschnittswert bei der Angabe der Masse führt.

Insofern lässt sich deine Frage dahingehend beantworten, dass die Atommasse in der Tat Rückschlüsse auf die Anzahl der (atomaren) Elementarteilchen zulässt, sofern du entweder vorhandene Kommastellen auf- oder abrundest und du weißt, um welches Element es sich handelt.

Zum Schluss noch ein Beispiel: Magnesium
Platz 12 im PSE
Masse 24,3 u (abgerundet: 24 u)
Dann ergibt sich

12 Protonen im Kern (weil Ordnungszahl = Protonenzahl)
12 Elektronen in der Hülle (weil Protonenzahl = Elektronenzahl bei ATOMEN)
12 Neutronen im Kern (weil 24 – 12 = 12).

Alles klar?!

LG von der Waterkant.

Kommentar von bastianprimus ,

geil geil geil hab alles geblickt. Vielen Dank :) eine Frage zum Schluss nochmal: Man unterscheidet also zwischen Atom und Isotop. Ein Atom kann ein Isotop sein aber ein Isotop weicht in der neutronenzahl ab und ist deshalb kein atom mehr (oder wird nicht mehr als eines bezeichnez).

Kommentar von DedeM ,

Nicht ganz. Isotope sind sehr wohl Atome. Es sind halt nur Atome eines Elements, die sich in ihrer Masse etwas unterscheiden. Und sie unterscheiden sich in ihrer Masse, weil sie im Kern zwar die gleiche Protonenzahl, aber unterschiedlich viele Neutronen haben. Die Neutronen verändern aber nicht den Atomcharakter. Sie machen die Atome eben nur unterschiedlich schwer.
Isotope sind also unterschiedlich schwere Atome eines Elements.

Es gibt übrigens auch das andere Phänomen, nämlich dass zwei Atome gleich viel Masse haben, aber nicht zum gleichen Element gehören. Ein Beispiel hierfür wäre 14-C-Kohlenstoff und 14-N-Stickstoff. Die "14" steht jeweils für die Masse. Das heißt, beide Atome wiegen gleich viel, nämlich 14 u.
Aber ein Kohlenstoffatom erkennst du daran, dass es 6 Protonen im Kern hat (Platz 6 im PSE!). Ein Stickstoffatom hat dagegen 7 Protonen im Kern (Platz 7 im PSE!). Das bedeutet automatisch, dass dein 14-C-Atom 8 Neutronen im Kern haben muss (6 + 8 = 14), während dein 14-N-Atom nur 7 Neutronen im Kern aufweist (7 + 7 = 14).
Wenn Atome zwar die gleiche Masse haben, aber nicht zum gleichen Element gehören, so nennt man sie Isobare (von iso = gleich und baros = Gewicht).

Fazit:
Isotope: Atome mit gleich vielen Protonen, aber verschieden vielen Neutronen in ihren jeweiligen Atomkernen, so dass sie sich auch in ihrer Masse unterscheiden.
Isobare: Atome mit gleicher Masse, aber verschieden vielen Protonen und dadurch auch verschieden vielen Neutronen in ihren jeweiligen Atomkernen.

Alles klar?

Nochmals ein lieber Gruß von der Waterkant.

Kommentar von bastianprimus ,

jo super danke :)

Antwort
von xxblumenkindxx, 50

Die Ordnungszahl also die unten im Eck gibt dir in Anzahl der Protonen an. Die Massezahl also die oben gibt erstens das Gewicht also Masse an und zweitens wenn man die minus die Ordnungszahl nimmt dann hast du die Anzahl der Elektronen.

Hoffe das kann dir etwas weiterhelfen

Kommentar von bastianprimus ,

sind protonen, elektronen und neutronen alles elementarteilchen? danke für die antwort

Kommentar von xxblumenkindxx ,

also meine lehrerin hat mir das nicht mit dem wort elementarteilchen erklärt, wenn du ein Atom davon hast dann sind immer protonen, neutronen und elektronen enthalten.

Kommentar von bastianprimus ,

ja das weiß ich auch :/ ich komm nur mit dem begriff elementarteilchen nicht klar

Kommentar von prohaska2 ,

Im Periodensystem steht bei den meisten Elementen keine Massenzahl.

Antwort
von labmanKIT, 43

Naja du musst erstmal definieren was du unter Elementarteilchen verstehst.

Kommentar von xxblumenkindxx ,

Oh richtig. Sorry dann hatte ich das wohl noch nicht :)

Kommentar von bastianprimus ,

was sind denn elementarteilchen? ich blicks nich ganz

Kommentar von labmanKIT ,

Sag doch einfach Protonen, Elektronen und Neutronen. Aus der Atommasse von Reinelementen kannst du die Gesamtanzahl von Protonen und Neutronen im Kern berechnen. Elektronen haben nur eine sehr kleine Masse deshalb bekommst du keine genaue Aussage über deren Anzahl im Kern durch die Atommasse.

Kommentar von labmanKIT ,

Wenn du ein Periodensystem zur Hand hast kannst du das zur Atommasse gehörnde Element raussuchen und dann über die Ordnungszahl die Gesamtanzahl der Protonen,Neutronen und Elektronen berechnen.

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