Atombau und Licht: Lernleitfaden

Kernideen

Ein Atom hat einen kleinen Kern aus Protonen und Neutronen, umgeben von Elektronen in Schalen und Orbitalen. Licht wird emittiert oder absorbiert, wenn Elektronen zwischen Energieniveaus wechseln.

• Die Ordnungszahl Z ist die Protonenzahl. Die Massenzahl A ist Protonen plus Neutronen, also Neutronen = A − Z.
• Elektronen füllen Schalen der Kapazität 2n², die in Unterschalen s, p, d und f mit 2, 6, 10 und 14 Elektronen unterteilt sind.
• Licht gehorcht c = λν, und jedes Photon hat E = hν. Eine Wasserstofflinie entsteht durch einen Übergang n₂ → n₁ nach 1 ÷ λ = R(1 ÷ n₁² − 1 ÷ n₂²) mit R = 1,097 × 10⁷ m⁻¹.
• Je kürzer die Wellenlänge, desto höher sind Frequenz und Photonenenergie.

Wichtige Gleichungen

• c = λν
• E = hν = hc ÷ λ
• 1 ÷ λ = R(1 ÷ n₁² − 1 ÷ n₂²)
• neutrons = A − Z
• electrons in shell n: 2n²

Durchgerechnetes Beispiel

Die rote Balmer-Linie des Wasserstoffs ist der Übergang n = 3 → 2. 1 ÷ λ = 1,097 × 10⁷ × (1 ÷ 4 − 1 ÷ 9) = 1,52 × 10⁶ m⁻¹, also λ = 656 nm. Die Frequenz ist 3,00 × 10⁸ ÷ 656 × 10⁻⁹ = 4,57 × 10¹⁴ Hz, die Photonenenergie 1240 ÷ 656 = 1,89 eV. Ein weiteres Beispiel: Uran-235 hat 235 − 92 = 143 Neutronen.

Häufige Fehler

• Die Massenzahl mit der relativen Atommasse im Periodensystem verwechseln, die ein Mittelwert über die Isotope ist.
• Nanometer und Meter in der Rydberg-Formel vermischen.
• Glauben, ein größerer Sprung zwischen den Niveaus ergebe eine längere Wellenlänge. Er ergibt eine kürzere.

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