Was verraten die kleinen Zahlen am Elementsymbol? Bestimme Protonen, Neutronen und Elektronen und unterscheide Isotope von Ionen.
Drei kurze Aufgaben helfen dir, deinen Startpunkt zu finden. Wenn du unsicher bist, wähle „Weiß ich noch nicht“.
Löse die Aufgaben ohne Nachschlagen. Bei Zahlen sind Dezimalkomma und Dezimalpunkt möglich. Verwende keine Tausenderpunkte.
Lernschritt 1
Ein Atom besitzt einen sehr kleinen Kern und eine Elektronenhülle. Der Kern enthält positiv geladene Protonen und elektrisch neutrale Neutronen. Beide heißen zusammen Nukleonen. Elektronen tragen eine negative Elementarladung und gehören bei gewöhnlichen Atomen zur Hülle.
Fast die gesamte Masse des Atoms steckt im Kern. Seine räumliche Ausdehnung ist jedoch viel kleiner als die der Hülle. Zeichnungen, in denen man beide gleichzeitig gut erkennt, sind deshalb meist nicht maßstäblich.
Ein neutrales Atom hat gleich viele Elektronen wie Protonen. Der Kern selbst ist trotzdem positiv geladen: Neutralität entsteht erst durch die entgegengesetzte Ladung der Hülle.
Ein Ion entsteht durch Elektronenabgabe oder -aufnahme
Im Beispiel gibt das neutrale Natriumatom ein Elektron ab. Der Kern enthält weiterhin elf Protonen und zwölf Neutronen: Das Nuklid bleibt Natrium-23.
Nun stehen elf positive Kernladungen nur noch zehn Elektronen gegenüber. Das gesamte Ion trägt daher die Ladung +e. Ein Isotopenwechsel würde dagegen die Neutronenzahl ändern.
Lernschritt 2
AZX
X ist das Elementsymbol. Z steht links unten und zählt die Protonen: die Ordnungszahl oder Kernladungszahl. A steht links oben und zählt Protonen und Neutronen zusammen: die Massenzahl.
A = Z + N und N = A − Z
N ist die Neutronenzahl. Beispiel: 2311Na steht für Natrium-23. Es besitzt 11 Protonen und 23 − 11 = 12 Neutronen. Als neutrales Atom hat es zusätzlich 11 Elektronen.
Die Massenzahl ist eine ganze Teilchenzahl und hat keine Einheit. Sie ist nicht die genaue Masse des Atoms in Gramm oder in der atomaren Masseneinheit u. Ein Nuklid wird durch seine Protonen- und Neutronenzahl festgelegt; angeregte Kernzustände lassen sich bei Bedarf zusätzlich kennzeichnen.
Z steht links unten. Diese Zahl legt das Element und die Anzahl der Protonen fest.
A zählt alle Nukleonen. Deshalb gilt N = A − Z.
Neutral: Elektronenzahl = Z. Bei q-fach positiver Ladung: Z − q; bei q-fach negativer Ladung: Z + q.
Protonen plus Neutronen müssen A ergeben. Protonen minus Elektronen ergeben die Ladungszahl.
Lernschritt 3
Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Protonenzahl Z. Ihre Neutronenzahlen unterscheiden sich, daher auch ihre Massenzahlen A. Kohlenstoff-12, Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14 besitzen jeweils sechs Protonen, aber sechs, sieben beziehungsweise acht Neutronen.
Ihre chemischen Eigenschaften sind ähnlich, weil neutrale Atome desselben Elements die gleiche Elektronenzahl besitzen. Unterschiede der Masse können trotzdem messbare Isotopeneffekte verursachen. Die Kerne können sich stark in ihrer Stabilität unterscheiden: Kohlenstoff-12 und -13 sind stabil, Kohlenstoff-14 ist radioaktiv.
Nicht jedes Isotop ist also radioaktiv. Auch die Regel „gleich viele Protonen und Neutronen bedeutet stabil“ gilt nicht allgemein. Die Stabilität hängt vom gesamten Kernzustand ab.
Gleiches Element, andere Neutronenzahl
Jede Zeile enthält sechs blaue Protonen. Die grünen Neutronen werden von Zeile zu Zeile mehr: sechs, sieben, acht. Daraus folgen die Massenzahlen 12, 13 und 14.
Die geordneten Punkte sind eine Zählhilfe, keine tatsächliche Anordnung im Kern. Für neutrale Atome gehören jeweils sechs Elektronen in die Hülle. C-12 und C-13 sind stabil, C-14 ist radioaktiv.
Lernschritt 4
Vergleiche zuerst die drei Kohlenstoff-Isotope. Wechsle danach zwischen neutralem Natrium und dem Natrium-Ion. Achte jeweils auf Kern und Elektronenzahl.
Verdecke die Auswahlbezeichnungen und lies nur die Teilchenzahlen ab. Welcher Wechsel verändert das Element? Der Wechsel von sechs auf elf Protonen. Welcher Wechsel erzeugt ein Ion? Der Verlust eines Elektrons beim unveränderten Natriumkern.
Lernschritt 5
Beispiel · Schritt für Schritt
Bestimme die Teilchenzahlen von Natrium-23.
Nuklidschreibweise: 2311Na; Atom neutral.
| Rechnung | Erklärung zum Schritt |
|---|---|
| Z = 11 |
1Protonenzahl ablesen
Die untere linke Zahl gibt direkt die Anzahl der Protonen an. |
| N = A − Z = 23 − 11 = 12 |
2Neutronenzahl bestimmen
Die obere Zahl zählt Protonen und Neutronen zusammen. |
| Elektronenzahl = 11 |
3Neutralität verwenden
Positive Kernladung und negative Hüllenladung gleichen sich aus. |
| 11 + 12 = 23; 11 − 11 = 0 |
4Beide Angaben prüfen
Massenzahl und Gesamtladung passen zur Aufgabenstellung. |
Beispiel · Schritt für Schritt
Entschlüssle ein Aluminium-27-Ion mit der Ladung 3+.
A = 27; Z = 13; Ion Al³⁺.
| Rechnung | Erklärung zum Schritt |
|---|---|
| Protonenzahl = Z = 13 |
1Kernladungszahl verwenden
Die Ionenladung verändert den Kern nicht. |
| N = 27 − 13 = 14 |
2Neutronen berechnen
Die Massenzahl bleibt ebenfalls unverändert. |
| Elektronenzahl = 13 − 3 = 10 |
3Elektronenmangel beachten
3+ bedeutet drei Elektronen weniger als beim neutralen Aluminiumatom. |
| 13 − 10 = +3 |
4Ladung überprüfen
13 positive und 10 negative Elementarladungen ergeben einen Überschuss von +3. |
Lernschritt 6
Die relative Atommasse im Periodensystem ist häufig ein gewichteter Mittelwert der Isotopenmassen einer natürlichen Probe. Sie ist keine Nukleonenzahl eines einzelnen Atoms. Für genaue Rechnungen verwendet man gemessene Isotopenmassen und Häufigkeiten; die Zusammensetzung kann je nach Probe variieren.
Beispiel · Schritt für Schritt
Eine vereinfachte Mischung enthält 75 % Atome mit 35 u und 25 % mit 37 u.
Die Prozentangaben sind Anteile an der Atomzahl.
| Rechnung | Erklärung zum Schritt |
|---|---|
| 75 % = 0,75; 25 % = 0,25 |
1Anteile als Dezimalzahlen schreiben
Die Gewichte ergeben zusammen 1. |
| m̄ = 0,75 · 35 u + 0,25 · 37 u |
2Gewichteten Mittelwert bilden
Die häufigere Atomsorte beeinflusst den Mittelwert stärker. |
| m̄ = 26,25 u + 9,25 u = 35,5 u |
3Addieren und einordnen
Der Mittelwert liegt zwischen 35 u und 37 u und näher an 35 u. |
Lernschritt 7
Protonen stoßen sich elektrisch ab. Die kurzreichweitige Kernwechselwirkung zwischen Nukleonen kann dennoch gebundene Kerne ermöglichen. Neutronen tragen zur Kernbindung bei, ohne zusätzliche elektrische Abstoßung zu verursachen.
Bei schweren stabilen Kernen findet man typischerweise mehr Neutronen als Protonen. Beliebig viele Neutronen machen einen Kern aber nicht automatisch stabil. Welche Kombinationen existieren und wie sie zerfallen, zeigt eine Nuklidkarte. Die Bindungsenergie behandeln wir später auf einer eigenen Seite.
Lernschritt 8
A als Neutronenzahl lesen: A zählt Protonen und Neutronen gemeinsam.
Isotope und Ionen gleichsetzen: Isotope unterscheiden sich in den Neutronen; Ionen in der Elektronenzahl gegenüber dem neutralen Atom.
Bei einem positiven Ion Elektronen addieren: Positiv bedeutet Elektronenmangel.
Eine Dezimalzahl im Periodensystem als Massenzahl übernehmen: Für ein einzelnes Nuklid braucht man seine ganze Massenzahl.
Selbst ausprobieren
Mit Tipps lernen oder ohne Hilfe testen – du entscheidest.
Wähle deine Stufe. Du löst jeweils sechs Aufgaben mit direkter Rückmeldung, Tipps und Rechenwegen.
Optional: Dein Fortschritt wird nur in diesem Browser gespeichert.
Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.
Löse die Aufgaben ohne Nachschlagen. Bei Zahlen sind Dezimalkomma und Dezimalpunkt möglich. Verwende keine Tausenderpunkte.
Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.
Physikhelfer
Berechne Massenzahl, Protonenzahl oder Neutronenzahl mit A = Z + N. Der Rechner prüft ganze Zahlen; Stabilität und tatsächliches Vorkommen eines Nuklids werden daraus nicht bestimmt. Wähle deine gesuchte Größe und lass dir den Rechenweg Schritt für Schritt zeigen.
Passende Aufgabe öffnen →Kostenlos und ohne Anmeldung. Ein Rücklink führt dich wieder zu dieser Erklärung.
Erst vorhersagen oder selbst rechnen, dann die Lösung öffnen.
12, denn 23 − 11 = 12.
Die Protonenzahl und damit das Element.
Sechs. Die Massenzahl 14 ändert nicht die Protonenzahl Z = 6.
Zehn: zwei mehr als das neutrale Sauerstoffatom.
Nein. Sie haben verschiedene Protonenzahlen. Gleiche Massenzahl allein genügt nicht.
Sauerstoff-18: Z = 8 und A = 18. Ein neutrales Atom hat acht Elektronen.
Fachlicher Abgleich der Grundgleichung: OpenStax · University Physics 3. Texte, Zahlenbeispiele und Schaubilder sind eigenständig erstellt.
Passende Materialien zum Thema „Kernaufbau und Isotope“. Wähle aus, was dir beim Üben und Wiederholen hilft.
Diese Materialien ergänzen die Erklärung und unterstützen dich beim Üben und Nachschlagen.
8. Klasse · 9. Klasse · 10. Klasse
Produkt genauer ansehen →Optionale Ergänzungen zum Üben und Nachschlagen. Klassenstufe und Umfang findest du beim jeweiligen Produkt.
Preise inkl. MwSt. Downloads erhältst du per E-Mail, gedruckte Materialien per Post. Ggf. zzgl. Versandkosten.
