Protokoll der Physikstunde am 23.05.2002
Wiederholung: Atomistik
- Atom
- Ein Atom ist die kleinste Einheit eines Elements (bzw. eines Grundstoffes).
- Molekül
- Ein Molekül ist die kleinste Einheit einer Verbindung und besteht aus mehreren Atomen. Meist bestehen Moleküle aus Atomen unterschiedlicher Elemente; solche Moleküle sind dann die kleinsten Einheiten einer chemischen Verbindung. (Beispiel: ein Wassermolekül)
- Element
- Es existieren ca. 100 chem. Elemente (Grundstoffe), aus denen alle chemischen Verbindungen bestehen. Die Elemente werden frei, wenn man chem. Verbindungen so hoch erhitzt, dass sie sich zersetzen. Beispiele: H (Hydrogenium, Wasserstoff); O (Oxygenium, Sauerstoff); Na (Natrium)
- Chemische Verbindung
- Es existieren über zehn Millionen bekannte reine Stoffe, die man chemische Verbindungen nennt, da ihre kleinsten Einheiten (ein Molekül) aus mehreren Elementen bestehen. .
- Chemischen Formel
- z. B. H2O (für Wasser) und CaCO3 (für Calciumcarbonat) geben an, wieviele Atome von welchem Grundstoff in einem Molekül der Verbindung vorhanden sind.
- Atomaufbau
- Das Planetenmodell (1908 von E. Rutherford) geht von einem
Atomkern aus, der beinahe die gesamte Masse enthält, aber kaum Raum
einnimmt. Das Atom hat darüber hinaus eine Atomhülle, die von
den Elektronen gebildet wird.
Atomhülle: Die Elektronen der Hülle ordnen sich in mehreren Schalen an (Modellerweiterung von N.Bohr).
Anwendung der Atomistik auf die Elektrik
Gemäß der Egelgasregel versuchen Elemente, entsprechend den Edelgasen eine bestimmte Elektronenanzahl in der Atomhülle zu erhalten, indem sie entweder Elektronen abgeben oder aufnehmen. Grundstoffe, die Elektronen abgeben müssen, um den Edelgaszustand zu erreichen, werden Metalle genannt. Wenn nun ein Metall in die Ausgangsform gezwungen wird, also ein oder mehr Elektronen zuviel besitzt, geschieht folgendes:
- Das Metall gibt die überzähligen Elektronen frei (aufgrund der Edelgasregel). Das Metallatom wird so zu einem Ion.
- Den nun freien Elektronen stehen aber keine anderen Elemente zur Verfügung, die es benötigen würden. Außerdem muss das negativ geladene Elektron in der Nähe des positiv geladenen Atomkerns bleiben, um eine ausgeglichene Ladung des Atoms zu gewährleisten.
- Die freien Elektronen werden deshalb auch Elektronengas genannt. Das Elektronengas führt zur Leitfähigkeit von Metallen (Leitern erster Klasse).
Eine Spannungsquelle kann als "Pumpe für Elektronen" bezeichnet werden. Die Elektronen werden über den Draht "gepumpt". Eine Glühlampe, die über einen Draht mit der Spannungsquelle verbunden ist, leuchtet aus folgendem Grund:
- Die Elektronen werden durch den dünnen Glühdraht der Lampe gepumpt
- Durch die Bewegung der Elektronen entsteht Reibungswärme (siehe auch "Stromwirkung: Wärme")
- Die Reibungswärme ist so groß, dass der Draht zu glühen beginnt.(Siehe auch "Stromwirkung: Licht")
Von der Spannungsquelle wandern die Elektronen vom negativen zum positiven Pol. (Der negative Pol hat ein Elektronenüberschuss, der postive Pol ein Elektronendefizit) Die Spannungsquelle ist erschöpft, wenn zwischen positivem und negativem Pol das Gleichgewicht wieder hergestellt ist. Die Spannungsquelle muss also permanent Elektronen vom postiven zum negativen Pol pumpen, um die Spannung aufrecht zu erhalten.