Atomaufbau

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Das Wort Atom stammt aus dem altgriechischen Wort atomos. Es lässt sich mit dem Wort unteilbar übersetzen. Wie der Name schon verrät, können Atome nicht geteilt werden. Das war zumindest die frühere Annahme, stimmt jedoch so nicht mehr.


  • Atome sind so klein, dass man sie nur mit ganz bestimmten Mikroskopen sehen kann.
  • Sie sind der Grundbaustein für alle Substanzen, die einen festen flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand aufweisen.
  • Durch Atome bekommen die Substanzen verschiedene Eigenschaften und sind verantwortlich für die verschiedenen Reaktionen mit anderen Stoffen. 




Wie sieht der Atomaufbau aus?


Atome besitzen einen Atomkern, welcher so winzig klein ist, dass sein Durchmesser gerade einmal ein Zehn- bis Hunderttausendstel der Größe des gesamten Atoms entspricht. Trotzdem umfasst er 99,9% der Atommasse. 


Des Weiteren hat es eine positive Ladung. Der Wissenschaftler Ernest Rutherford fand das bei seiner Erforschung von Atomen heraus und spielt eine Wichtige Rolle. 


Der Atomkern wird von einer Atomhülle umschlossen. Sie wird auch als Elektronenhülle bezeichnet. Sie besteht aus mehreren Elektronen. In der folgenden Abbildung könnt ihr euch den Aufbau eines Atoms noch einmal bildlich anschauen. Nucleus bedeutet der Kern und atomic shell beschreibt die äußere Hülle.


Quelle: abi-physik.de



Atomaufbau - Atomkern


Wie bereits erwähnt, hat der Atomkern eine positive Ladung.

  • Die positive Ladung sind positiv geladene Protonen, die zusammen mit Neutronen und Elektronen den Baustein eines Atoms darstellen.


  • Außerdem besteht der Kern auch noch aus elektrisch neutralen Neutronen. Protonen und Neutronen zusammen nennt man Nukleonen.


  • Nukleonen, also Protonen und Neutronen, sind in dem Atomkern durch die starken Wechselwirkungen aneinandergebunden.




Atomaufbau - Atomhülle


Auch wenn die Hülle weniger als 0,06 % zur Atommasse beiträgt, bestimmt die Atomhülle die Größe eines Atoms. Die Hülle des Atoms, setzt sich aus negativ geladenen Elektronen zusammen. 


Dadurch, dass der Kern positiv ist, aber die Hülle negativ, sind die beiden Teile durch die Anziehungskraft aneinandergebunden. Dabei sind auf der Hülle in der Regel genauso viele negativ geladenen Elektronen wie positiv geladene Protonen im Kern. Die Anzahl wird auch als chemische Ordnungszahl bezeichnet. Denn durch sie wird das chemische Verhalten eines Atoms bestimmt. 


Wenn es jedoch mehr Elektronen oder mehr Protonen besitzt, so ist das Atom dementsprechend positiv oder negativ geladen und ist dann ein Ion. Umgekehrt ist ein Atom mit der gleichen Anzahl an Protonen und Elektronen neutral. 

Die Hülle wird auch als Elektronenwolke beschrieben.



Eigenschaften eines Atoms


Wenn sich zwei Atome nähern, werden sie aufgrund der beiden negativen Ladungen der Hülle voneinander abgestoßen.


Es können sich immer nur positives und negatives anziehen jedoch nicht, wenn beides positiv oder negativ ist. Das könnt ihr ganz leicht mit Magneten ausprobieren: wenn ihr versucht die gleichen Seiten aneinanderzudrücken, merkt ihr einen Widerstand - selbst wenn ihr es schafft sie aneinander zu drücken, werden sie nicht zusammenbleiben. 

                                                                           

Wenn ihr aber zwei unterschiedliche Seiten aneinanderdrückt, dann spürt ihr, dass sich die Magneten automatisch wie durch eine unsichtbare Kraft anziehen. Für die meisten Teilchen ist die Hülle eines Atoms undurchdringlich. Unter normalen Bedingungen und für das Atom günstige Temperaturen, ist es äußerst stabil, da keine Elektronen entrissen werden können. 


Wenn sich allerdings doch zwei Atome mit ihren Hüllen überschneiden sollten, auch wenn es nur ein bisschen ist, kann es passieren, dass eine anziehende Kraft zwischen ihnen entsteht. Daraus entstehen dann stabile Moleküle. Voraussetzung dafür ist aber, dass ein oder mehrere Elektronen von einer Hülle zur anderen Hülle wechseln. Die chemische Bindung, die dabei entsteht, ist nur möglich wenn die beiden Atome eine geeignete Kombination aufweisen. 


Des Weiteren kann der Kern eines Atoms entweder instabil oder stabil sein.




Zerfall eines Atoms 


Atome mit einem instabilen Kern sind der Gefahr eines Zerfalls ausgesetzt. Man unterscheidet zwischen drei Zerfallsarten:


  1. Alpha-Zerfall
  2. Beta-Zerfall
  3. Gamma-Zerfall


Bei dem sogenannten Alpha-Zerfall, bildet sich ein Helium-Atomkern, durch das Zusammenschließen von zwei Protonen und zwei Neutronen. Das ist auch nur deshalb möglich, weil durch den instabilen Zustand das Atom einen stabilen Zustand anstrebt. 


Bei der zweiten Möglichkeit, dem Beta-Zerfall, wandelt sich ein Neutron in ein Proton um. Dieses Geschehen ist hauptsächlich bei Kernen, die über sehr viele Neutronen verfügen zu beobachten. Eine andere Art des Beta-Zerfalls ist, dass sich Protonen in ein Neutron umwandeln. Das passiert besonders bei Kernen die einen Protonenüberschuss aufweisen. 


Der Gamma-Zerfall ist die letzte Art. Allerdings trifft Zerfall bei diesem Beispiel nicht ganz zu, da der Kern von einem angeregten Zustand in einen anderen Zustand übergeht. Der neue Zustand hat eine niedrigere Energie. Durch diesen Energieübergang, der von den Gammastrahlungen getragen wird, bleibt die Kernladung und auch die Massenzahl gleich. Lediglich der Energieinhalt des Kerns verändert sich.




Atomaufbau - Das Wichtigste auf einen Blick!


Um dir noch einmal ein paar Punkte in Erinnerung zu rufen, zählen wir dir hier die wichtigsten Aspekte kurz auf. Dabei kannst du gleichzeitig schauen, ob du noch alles weißt und verstanden hast. 


  • Ein Atom ist ein äußerst kleines und nur mit speziellen Geräten zu erkennbares Teilchen.


  • Es besteht aus einem positiven Atomkern mit Protonen und Neutronen sowie einer negativ geladenen Elektronenhülle die auch als Wolke bezeichnet wird.


  • Das Atom wird durch die Anziehungskräfte zusammengehalten und die Protonen, Neutronen und Elektronen bilden dabei die Bausteine.


  • Je nach Anzahl der Bausteine kann ein Atom positiv, negativ oder auch neutral geladen sein. Wenn es positiv oder negativ geladen ist, heißt es Ion.


  • Prinzipiell stoßen sich Atome voneinander ab. Sie können sich aber bei einer geeigneten Kombination überschneiden und zu einem stabilen Molekül verbinden.


  • Ein Atom kann auf drei verschiedene Arten zerfallen, wobei der dritte Zerfall eher einen Energieübergang beschreibt. Man unterscheidet zwischen dem Alpha-Zerfall, dem Beta-Zerfall der auf zwei Arten stattfinden kann und dem Gamma-Zerfall.


Sehr gut, du hast es geschafft! Wir hoffen wir konnten dir das Thema etwas näherbringen und du hast alles verstanden. Viel Erfolg beim weiteren Lernen!




Finales Atomaufbau Quiz

Frage

Was sind die Halogene?

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Antwort

Halogene sind Elemente der 7. Hauptgruppe des Periodensystems.

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Frage

Welche Elemente gehören zu den Halogenen?

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Antwort


Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat gehören zu der Gruppe der Halogene.


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Frage

Warum gehören die Halogene zu den reaktionsfreudigen Elementen?

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Antwort

Die Halogene besitzen bereits sieben Außenelektronen. Damit fehlt ihnen nur ein Valenzelektron um die Valenzschale voll zu besetzten.

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Frage

Wofür wird das Halogen Fluor verwendet?

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Antwort

Fluor wird in Form von fluorhaltigen Verbindungen z.B.  bei der Antihaftbeschichtung von Pfannen eingesetzt.

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Frage

Wofür wird das Halogen Chlor verwendet?

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Antwort

Chlor wird hauptsächlich zur Synthese organischer Produkte eingesetzt, sowie als Bleich- und Desinfektionsmittel.


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Frage

Wo lässt sich das Halogen Chlor in der Natur finden?

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Antwort

Chlor findet man in Kochsalz und vielen anderen Salzen. Vor allem aber im Meerwasser.

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Frage

Wofür wird das Halogen Iod verwendet?

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Antwort

Iod wird vor allem zur Herstellung von Arzneimitteln und Desinfektionsmitteln verwendet. Zudem ist Iod auch in Halogenlampen zu finden.


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Frage

Wo lässt sich Iod in der Natur finden?

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Antwort

Iod findet man vor allem als Iodide bei Meereslebewesen, vor allem bei Algen und in der Schilddrüse des menschlichen Körpers.

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Frage

Wie kann man Halogene herstellen?

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Antwort

Besonders häufig werden die Halogene durch eine Elektrolyse aus Natriumsalzen gewonnen oder durch chemische Vorgänge wie etwa die Zugabe von Chlorgas.

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Frage

Wie kann man Halogene nachweisen?

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Antwort

Zum Nachweis von Halogenen in Salzen werden die Beilsteinprobe und die Silbernitratprobe verwendet.

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Frage

Was passiert bei der Beilsteinprobe?

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Antwort

Das Ende eines Kupferdrahts wird am Ende zu einer Öse geformt und in eine Flamme gehalten. Wenn die Flamme grün wird sind halogenhaltige Verbindungen vorhanden.

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Frage

Was passiert bei der Silbernitratprobe?

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Antwort

Die in Wasser aufgelösten Salze und Salpetersäure werden mit Silbernitratlösung gemischt um Halogene nachzuweisen. Dabei entstehen Silbersalze, die verschiedene Färbungen annehmen. Weiß bedeutet Chlorid, hellgelb bedeutete Bromid und Gelb bedeutet Iodid.

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Frage

Was sind Erdalkalimetalle?

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Antwort

Erdalkalimetalle sind die Elemente der 2. Hauptgruppe des Periodensystems.

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Frage

Welche Elemente gehören zu den Erdalkalimetallen?

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Antwort

Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und Radium (Ra) gehören zu den Erdalkalimetallen.

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Frage

Warum kommen Erdalkalimetalle in der Natur nicht in Reinform vor?

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Antwort

Da die Erdalkalimetalle nur zwei Außenelektronen besitzen, welche sie abgeben möchten, kommen sie in der Natur vor allem als Ionenverbindungen in Form von Salzen und Gesteinen vor.

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Frage

Wofür wird das Erdalkalimetall Beryllium verwendet?

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Antwort

Beryllium wird vor allem in Legierungen im Flugzeugbau und der Raumfahrt verwendet und ist ein Bestandteil in Smaragden.

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Frage

Wofür wird das Erdalkalimetall Magnesium verwendet?

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Antwort

  • Es kommt in Wunderkerzen zum Einsatz.
  • Früher wurde es in der Fotographie als Blitzpulver benutzt.
  • Menschen benötigen etwa 250 mg Magnesium pro Tag gegen Muskelkrämpfe.
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Frage

Wo findet man das Erdalkalimetall Calcium in der Natur?

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Antwort

In der Natur findet man Calcium in Calciumverbindungen wie Marmor, Gips und Kreide und damit auch in Gebirgen wie den Alpen.

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Frage

Wofür wird das Erdalkalimetall Calcium vom Menschen benötigt?

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Antwort

Der Mensch benötigt Calcium für den Bau der Knochen und Zähne, sowie für die Funktionsfähigkeit der Muskeln.

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Frage

Wofür werden die Erdalkalimetalle Strontium und Barium eingesetzt? 


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Antwort

  • Aufgrund der Farbgebung werden Strontium und Barium hauptsächlich in der Pyrotechnik bei Feuerwerken eingesetzt.
  • Bariumsulfat kommt beim Röntgen als Kontrastmittel zum Einsatz.
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Frage

Was ist Radium?

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Antwort

Radium ist ein radioaktives Erdalkalimetall, dass 1898 von Marie Curie entdeckt wurde. Es kann im Dunkeln leuchten.

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Frage

Wie werden Erdalkalimetalle gewonnen?

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Antwort

Erdalkalimetalle werden vor allem durch die Schmelzflusselektrolyse gewonnen. Dabei wird eine Salzschmelze als Elektrolyt eingesetzt.

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Frage

Wie können Erdalkalimetalle nachgewiesen werden?

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Antwort

Mit Hilfe von Feuer können die Erdalkalimetalle nachgewiesen werden. Calcium färbt die Flamme ziegelrot, Strontium intensiv Rot, Barium gelb-grün und Radium karminrot.

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Frage

Wie reagieren die Erdalkalimetalle auf Wasser?

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Antwort

  • Beryllium wird in Wasser passiviert, bildet also eine Schutzschicht 
  • Bei Magnesium löst sich die Passivierungsschicht in heißem Wasser auf
  • Die anderen Erdalkalimetalle reagieren dagegen bei Kontakt mit Wasser sehr extrem.
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Frage

Wie reagieren die Erdalkalimetalle auf Luft?

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Antwort

  • Beryllium und Magnesium werden passiviert. 
  • Calcium, Strontium, Barium und Radium laufen an der Luft schnell an und sind in Staubform selbstentzündlich.
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Frage

Mit welchen Stoffen reagieren Erdalkalimetalle besonders gut?

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Antwort

Erdalkalimetalle reagieren insgesamt besonders gut mit Nichtmetallen, wie etwa Sauerstoff oder den Halogenen.

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Frage

Was ist ein Isotop?

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Antwort


Isotope sind Atomsorten, die gleich viele Protonen besitzen, sich jedoch in der Anzahl der Neutronen im Kern unterscheiden.


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Frage

Wie erkennt man ein Isotop im Periodensystem?

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Antwort

Indem man die Ordnungszahl von der Massezahl subtrahiert, kann man erkennen ob ein Isotop vorhanden ist.

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Frage

Woraus setzt sich die Massezahl zusammen?

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Antwort

Die Massezahl setzt sich aus der Masse der Protonen und Neutronen zusammen.

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Frage

Wo befindet sich die Ordnungszahl im Periodensystem? 


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Antwort

Die Ordnungszahl im Periodensystem befindet sich links oberhalb des Elementsymbols.

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Frage

Wo befindet sich die Massezahl im Periodensystem?

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Antwort

Die Massezahl im Periodensystem findet man je nach Art des Periodensystems rechts oberhalb des Elementsymbols oder unterhalb des Elementsymbols.

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Frage

Wie verändert sich die chemische Reaktion wenn ein Isotop vorliegt?

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Antwort


Chemische Reaktionen werden durch Isotope nicht verändert. Vor allem die Elektronenzahl spielt dabei eine wichtige Rolle.


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Frage

Wie lautet der Name eines Wasserstoffs mit einem Neutron? 


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Antwort

Das H-2 Isotop wird Deuterium genannt und mit einem D abgekürzt

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Frage

Wie lautet der Name eines Wasserstoffs mit zwei Neutronen?

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Antwort

Das H-3 Isotop wird Tritium oder überschwerer Wasserstoff genannt und mit einem T abgekürzt.

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Frage


Was passiert, wenn ein Atom zu wenige oder zu viele Neutronen im Kern besitzt?


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Antwort

Ein Atom mit zu vielen oder zu wenigen Atomen wird instabil und zerfällt über einen bestimmten Zeitraum.

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Frage

Wie nennt man den instabilen Kern eines Isotops noch?

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Antwort

Instabile Kerne nennt man auch radioaktive Kerne, da sie beim Zerfall radioaktive Strahlung abgeben.

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Frage

Welches Element besitzt die meisten stabilen Isotope?

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Antwort

Zinn besitzt mit 10 Stück die meisten stabilen Isotope.

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Frage

Welches Element besitzt die meisten Isotope (sowohl stabile, als auch instabile)?

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Antwort


Xenon besitzt mit 24 Stück die meisten Isotope insgesamt.


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Frage

Was ist die Radiocarbonmethode?

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Antwort

Bei der Radiocarbonmethode wird der Zerfall des C-14 Isotops in einem Organismus gemessen und damit der Todeszeitpunkt festgestellt.

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Frage

Wie viele Isotope sind heutzutage bekannt?

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Antwort

Insgesamt sind heute etwa 300 stabile und mehr als 2400 instabile Isotope bekannt

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Frage

Wo findet man Magnesium in der Natur?

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Antwort

Etwa 4 % der Erdkruste bestehen aus Magnesium. Auch im Blattfarbstoff Chlorophyll ist Magnesium enthalten.

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Frage

Was ist die Ionisierungsenergie?

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Antwort


Ionisierungsenergie ist die Energie die benötigt wird, um ein Elektron aus der Valenzschale eines Atoms zu entfernen.


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Frage

Was wird aus einem elektrisch neutralen Atom oder Molekül durch den Einsatz der Ionisierungsenergie?

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Antwort


Durch den Einsatz der Ionisierungsenergie entwickelt ein elektrisch neutrales Atom oder Molekül eine positive elektrische Ladung


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Frage


Wie kann die Ionisierungsenergie erzeugt werden? 


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Antwort

Chemisch, durch Strahlung oder durch eine hohe Temperatur.

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Frage

Wie bezeichnet man ein Atom/Molekül dessen Elektron durch die Ionisierungsenergie entfernt wurde?

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Antwort


Positiv ionisiertes Atom/Molekül oder Kation


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Frage

Welche Formel wird zur Berechnung der Ionisierungsenergie genutzt?

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Antwort


Die Coulomb-Formel wird zur Berechnung der Ionisierungsenergie genutzt


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Frage

Wie verhält sich die Ionisierungsenergie im Periodensystem innerhalb der Periode von links nach rechts?

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Antwort


Die Ionisierungsenergie steigt im Periodensystem in einer Periode unstetig aber stark an


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Frage

Wie verhält sich die Ionisierungsenergie im Periodensystem beim Übergang von Stickstoff zum Sauerstoff?

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Antwort


Die Ionisierungsenergie nimmt von links nach rechts ab.


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Frage


Wie verhält sich die Ionisierungsenergie im Periodensystem innerhalb der Gruppe von oben nach unten? 

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Antwort

Innerhalb einer Gruppe nimmt die Ionisierungsenergie von oben nach unten ab.


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Frage

Weshalb nimmt die Ionisierungsenergie in den Gruppen des Periodensystems von oben nach unten ab?

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Antwort


Die Ionisierungsenergie nimmt ab, da sich der Abstand des zu entfernenden Elektrons vom Kern vergrößert.


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