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Massenzahl und Ordnungszahl - Chemie

Einleitung

Die Ordnungszahl und die Massenzahl helfen Dir, den Aufbau eines Atoms zu beschreiben. Du erkennst damit, wie viele Protonen und Neutronen sich im Atomkern befinden. Bei einem neutralen Atom kannst Du außerdem die Zahl der Elektronen bestimmen.

Dieser aiMOOC ist für den Chemieunterricht in der Sekundarstufe I konzipiert. Du lernst die Zeichen $Z$ , $A$ und $N$ kennen. Du übst die Nuklidschreibweise, berechnest Teilchenzahlen und unterscheidest Isotope voneinander.

Grundlagen

Aufbau des Atoms

Ein Atom besteht aus einem sehr kleinen Kern und einer Elektronenhülle. Im Kern befinden sich Protonen und Neutronen. Diese beiden Kernteilchen heißen zusammen Nukleonen. Elektronen befinden sich in der Atomhülle.

Teilchen	Ort	Elektrische Ladung	Bedeutung für dieses Thema
Proton	Atomkern	positiv	Bestimmt das Element
Neutron	Atomkern	neutral	Verändert die Massenzahl
Elektron	Atomhülle	negativ	Bestimmt die Ladung des Atoms oder Ions

Die Ordnungszahl Z

Die Ordnungszahl hat das Formelzeichen $Z$ . Sie gibt die Anzahl der Protonen im Atomkern an:

$Z = Protonenzahl$

Alle Atome mit derselben Ordnungszahl gehören zum selben chemischen Element. Kohlenstoff besitzt zum Beispiel immer sechs Protonen. Deshalb gilt für Kohlenstoff $Z = 6$ .

Im Periodensystem sind die Elemente nach steigender Ordnungszahl geordnet. Bei einem elektrisch neutralen Atom ist die Elektronenzahl ebenfalls gleich $Z$ .

Merke: Die Ordnungszahl ist der eindeutige „Ausweis“ eines Elements.

Die Massenzahl A

Die Massenzahl hat das Formelzeichen $A$ . Sie ist die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen im Atomkern:

$A = Z + N$

Dabei ist $N$ die Neutronenzahl. Weil Protonen und Neutronen zusammen Nukleonen heißen, nennt man die Massenzahl auch Nukleonenzahl.

Die Massenzahl ist immer eine ganze Zahl. Sie gehört zu einem bestimmten Nuklid. Sie darf nicht mit der meist als Dezimalzahl angegebenen relativen Atommasse im Periodensystem verwechselt werden.

Die Neutronenzahl N berechnen

Kennst Du Massenzahl und Ordnungszahl, kannst Du die Neutronenzahl berechnen:

$N = A - Z$

Beispiel Natrium-23:

$N = 23 - 11 = 12$

Ein Natrium-23-Atom besitzt also elf Protonen und zwölf Neutronen. Ist es neutral, besitzt es zusätzlich elf Elektronen.

Nuklid	Massenzahl A	Ordnungszahl Z	Neutronenzahl N
Kohlenstoff-12	12	6	6
Kohlenstoff-14	14	6	8
Natrium-23	23	11	12
Sauerstoff-16	16	8	8

Die Nuklidschreibweise

Ein Nuklid kann so geschrieben werden:

$_{Z}^{A} X$

Dabei bedeutet:

$A$ : Massenzahl, links oben
$Z$ : Ordnungszahl, links unten
$X$ : Elementsymbol

Für Kohlenstoff-14 schreibt man:

$_{6}^{14} C$

Das Symbol $C$ legt bereits fest, dass $Z = 6$ ist. Deshalb wird die Ordnungszahl manchmal weggelassen und nur $^{14} C$ oder C-14 geschrieben.

Isotope

Isotope sind Atome desselben Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl. Deshalb besitzen Isotope dieselbe Ordnungszahl, jedoch verschiedene Massenzahlen.

Ein besonders übersichtliches Beispiel liefern die Wasserstoffisotope:

Isotop	Schreibweise	Protonen	Neutronen
Protium	$_{1}^{1} H$	1	0
Deuterium	$_{1}^{2} H$	1	1
Tritium	$_{1}^{3} H$	1	2

Alle drei sind Wasserstoff, denn alle besitzen genau ein Proton. Tritium ist radioaktiv, Protium und Deuterium sind stabil.

Neutrale Atome und Ionen

Bei einem neutralen Atom gilt:

$Elektronenzahl = Z$

Bei einem Ion ist die Elektronenzahl verändert. Die Zahl der Protonen bleibt gleich. Deshalb ändert sich beim Bilden eines Ions weder das Element noch die Ordnungszahl.

Beispiel Chlorid-Ion:

$_{17}^{35} {C l}^{-}$

Es besitzt 17 Protonen, 18 Neutronen und 18 Elektronen. Das zusätzliche Elektron erzeugt die negative Ladung.

Massenzahl und relative Atommasse unterscheiden

Die Massenzahl beschreibt ein einzelnes Nuklid und ist eine ganze Zahl. Die relative Atommasse im Periodensystem berücksichtigt die natürlich vorkommenden Isotope eines Elements und ist häufig eine Dezimalzahl.

Beispiel Chlor:

Chlor-35 besitzt die Massenzahl 35.
Chlor-37 besitzt die Massenzahl 37.
Der Wert im Periodensystem liegt zwischen diesen beiden Massenzahlen, weil er die Isotopenmischung berücksichtigt.

Schnellverfahren für Aufgaben

Lies das Elementsymbol und die Ordnungszahl $Z$ ab.
Setze die Protonenzahl gleich $Z$ .
Berechne die Neutronenzahl mit $N = A - Z$ .
Setze bei einem neutralen Atom die Elektronenzahl gleich $Z$ .
Beachte bei einem Ion die angegebene Ladung.

Beispiele mit Lösung

Teilchen	Protonen	Neutronen	Elektronen	Begründung
$_{6}^{12} C$	6	6	6	Neutral und $N = 12 - 6$
$_{6}^{14} C$	6	8	6	Gleiches Element, anderes Isotop
$_{11}^{23} {N a}^{+}$	11	12	10	Einfach positiv geladen
$_{17}^{35} {C l}^{-}$	17	18	18	Einfach negativ geladen
$_{12}^{24} {M g}^{2 +}$	12	12	10	Zweifach positiv geladen

Vertiefung: Die Nuklidkarte

Eine Nuklidkarte ordnet Atomkerne nach ihrer Protonen- und Neutronenzahl. Jedes Feld steht für ein bestimmtes Nuklid. Farben können anzeigen, ob ein Nuklid stabil oder radioaktiv ist und welche Zerfallsart vorkommt.

Die Nuklidkarte zeigt besonders deutlich: Ein Element kann mehrere Isotope besitzen, obwohl seine Ordnungszahl unverändert bleibt.

Zusammenfassung

Größe	Formelzeichen	Bedeutung
Ordnungszahl	$Z$	Anzahl der Protonen
Massenzahl	$A$	Protonen plus Neutronen
Neutronenzahl	$N$	$A - Z$
Elektronenzahl beim neutralen Atom	—	Gleich der Ordnungszahl
Isotope	—	Gleiche Ordnungszahl, verschiedene Massenzahl

Kernsatz: Die Ordnungszahl bestimmt das Element. Die Massenzahl beschreibt die Zahl der Kernbausteine eines bestimmten Nuklids.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was gibt die Ordnungszahl an? (Die Anzahl der Protonen) (!Die Anzahl der Neutronen) (!Die Summe aller Teilchen) (!Die Anzahl der Schalen)

Welche Formel beschreibt die Massenzahl? (A gleich Z plus N) (!A gleich Z minus N) (!A gleich N minus Z) (!A gleich Z mal N)

Wie viele Neutronen besitzt Natrium-23 mit der Ordnungszahl 11? (12) (!11) (!23) (!34)

Wodurch wird festgelegt, zu welchem Element ein Atom gehört? (Durch die Protonenzahl) (!Durch die Neutronenzahl) (!Durch die Massenzahl allein) (!Durch die Zahl der Schalen allein)

Wo steht die Massenzahl in der Nuklidschreibweise? (Links oben am Elementsymbol) (!Links unten am Elementsymbol) (!Rechts unten am Elementsymbol) (!Unter dem Elementnamen)

Wie viele Elektronen besitzt ein neutrales Atom mit Z gleich 8? (8) (!6) (!10) (!16)

Worin unterscheiden sich Isotope desselben Elements? (In ihrer Neutronenzahl) (!In ihrer Protonenzahl) (!In ihrem Elementsymbol) (!In ihrer Ordnungszahl)

Welche Aussage zur Massenzahl ist richtig? (Sie ist eine ganze Zahl für ein bestimmtes Nuklid) (!Sie ist immer eine Dezimalzahl) (!Sie gibt nur die Elektronenzahl an) (!Sie ist für alle Isotope eines Elements gleich)

Wie viele Protonen besitzt Kohlenstoff-14? (6) (!8) (!14) (!20)

Wie viele Elektronen besitzt ein einfach negativ geladenes Chlorid-Ion mit Z gleich 17? (18) (!16) (!17) (!35)

Memory

Ordnungszahl	Anzahl der Protonen
Massenzahl	Summe der Kernbausteine
Neutronenzahl	Differenz aus A und Z
Nukleonen	Protonen und Neutronen
Isotope	Atomarten desselben Elements
Neutrales Atom	Ladung insgesamt null
Ion	Elektrisch geladenes Teilchen

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Ordnungszahl	Protonen im Atomkern
Massenzahl	Protonen und Neutronen im Atomkern
Neutronenzahl	Massenzahl minus Ordnungszahl
Elementsymbol	Kennzeichen eines chemischen Elements
Elektronenzahl beim neutralen Atom	Gleich der Ordnungszahl

...

Kreuzworträtsel

Protonen	Welche Kernteilchen bestimmen die Ordnungszahl?
Neutronen	Welche neutralen Teilchen befinden sich im Atomkern?
Massenzahl	Welche Zahl ist die Summe aus Protonen und Neutronen?
Ordnungszahl	Welche Zahl bestimmt das chemische Element?
Isotope	Wie heißen Atomarten desselben Elements mit verschiedener Neutronenzahl?
Nukleonen	Wie heißen Protonen und Neutronen zusammen?

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Lückentext

Die Ordnungszahl Z gibt die Anzahl der

im Atomkern an.

Die Massenzahl A ist die Summe aus Protonen und

.

Die Neutronenzahl wird mit

abgekürzt.

Zur Berechnung der Neutronenzahl verwendest Du

.

Atome desselben Elements besitzen immer dieselbe

.

Isotope unterscheiden sich in ihrer

.

Bei neutralen Atomen entspricht die Elektronenzahl der

.

In der Nuklidschreibweise steht die Massenzahl links

.

Die Dezimalzahl im Periodensystem ist häufig die relative

.

Beim Bilden eines Ions ändert sich die

.

Offene Aufgaben

Leicht

Atomkarte gestalten: Wähle ein Element und gestalte eine Karte mit Symbol, Ordnungszahl, Protonenzahl und Elektronenzahl.
Teilchenzahlen berechnen: Erstelle fünf einfache Aufgaben zu neutralen Atomen und löse sie mit $N = A - Z$ .
Erklärbild zeichnen: Zeichne die Nuklidschreibweise und markiere Massenzahl, Ordnungszahl und Elementsymbol.
Periodensystem untersuchen: Suche fünf Elemente im Periodensystem und notiere jeweils Ordnungszahl und Symbol.

Standard

Isotopen-Steckbrief: Vergleiche zwei Isotope eines Elements und erkläre Gemeinsamkeiten und Unterschiede.
Lernvideo produzieren: Erstelle ein einminütiges Erklärvideo zur Formel $A = Z + N$ .
Atommodell bauen: Baue zwei Isotope desselben Elements aus einfachen Materialien und beschrifte Protonen, Neutronen und Elektronen.
Fehleranalyse durchführen: Erfinde drei typische Fehlantworten zu Massenzahl und Ordnungszahl und korrigiere sie begründet.

Schwer

Fachinterview führen: Befrage eine Chemielehrkraft oder eine Person aus einem Labor zur Bedeutung von Isotopen.
Atommasse untersuchen: Erkläre anhand eines Elements, warum die relative Atommasse im Periodensystem eine Dezimalzahl sein kann.
Digitales Quiz entwickeln: Erstelle ein digitales Quiz mit Rechenaufgaben zu neutralen Atomen und Ionen.
Isotopen-Ausstellung planen: Gestalte eine kleine Ausstellung unter dem Titel „Gleiches Element, andere Massenzahl“.

Lernkontrolle

Unbekanntes Nuklid bestimmen: Ein Teilchen besitzt 13 Protonen, 14 Neutronen und 10 Elektronen. Bestimme Element, Massenzahl und Ladung und begründe jeden Schritt.
Isotope vergleichen: Erkläre, warum $_{6}^{12} C$ und $_{6}^{14} C$ zum selben Element gehören, obwohl ihre Massen verschieden sind.
Aussage prüfen: Beurteile die Aussage „Die Dezimalzahl im Periodensystem ist die Massenzahl jedes Atoms dieses Elements“ und formuliere eine korrekte Erklärung.
Ionenbildung erklären: Begründe, warum ein Natriumatom beim Abgeben eines Elektrons ein Natrium-Ion bleibt.
Lösungsweg entwickeln: Entwirf ein Entscheidungsschema, mit dem Protonen-, Neutronen- und Elektronenzahl bestimmt werden können.
Transfer auf ein Modell: Entwickle für ein selbst gewähltes Nuklid ein beschriftetes Modell und erkläre, welche Teile des Modells Ordnungszahl und Massenzahl zeigen.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du:

die Begriffe Ordnungszahl, Massenzahl, Neutronenzahl, Nuklid und Isotop sicher verwenden,
die Formeln $A = Z + N$ und $N = A - Z$ anwenden,
die Nuklidschreibweise lesen und selbst schreiben,
Protonen, Neutronen und Elektronen bei neutralen Atomen und einfachen Ionen bestimmen,
Isotope desselben Elements vergleichen,
Massenzahl und relative Atommasse voneinander unterscheiden,
Deinen Lösungsweg nachvollziehbar begründen.

OERs zum Thema

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