Diese vollständig ausgearbeitete Unterrichtseinheit führt das Atommodell nach Rutherford als Weiterentwicklung des Atommodells nach Thomson ein. Ausgangspunkt ist die offene Modellfrage, ob die positive Ladung tatsächlich – wie von Thomson angenommen – im gesamten Atom verteilt ist.

Die Lernenden lernen den Streuversuch von Rutherford kennen und formulieren zunächst eigene Vermutungen darüber, was geschieht, wenn positiv geladene Teilchen auf eine dünne Goldfolie treffen. Anschließend deuten sie schrittweise die Beobachtungen des Versuchs: Die meisten Teilchen durchdringen die Goldfolie nahezu ungehindert, während nur wenige stark abgelenkt oder zurückgeworfen werden. Daraus leiten sie ab, dass Atome größtenteils aus leerem Raum bestehen und dass sich nahezu die gesamte Masse sowie die positive Ladung in einem sehr kleinen Atomkern befinden.

Auf dieser Grundlage erarbeiten die Lernenden das Kern-Hülle-Modell nach Rutherford. Sie beschreiben den Aufbau des Atoms aus einem positiv geladenen Atomkern und einer Atomhülle mit negativ geladenen Elektronen. Zusätzlich werden Protonen als positiv geladene Teilchen im Atomkern eingeführt.

Im zweiten Teil der Einheit wird das Periodensystem erneut als Werkzeug genutzt. Die Lernenden verwenden die Ordnungszahl, um die Anzahl der Protonen und Elektronen in neutralen Atomen zu bestimmen. Mithilfe eines reduzierten Periodensystems für den Anfangsunterricht wenden sie diese Zusammenhänge auf verschiedene Elemente an.

Die unterschiedlichen Massen von Protonen und Elektronen werden anschließend verglichen. Die Lernenden erkennen, dass Elektronen im Vergleich zu Protonen nur eine sehr geringe Masse besitzen und sich deshalb fast die gesamte Masse eines Atoms im Atomkern befindet. Ein zusätzliches Weiterdenken-Arbeitsblatt veranschaulicht die Größenverhältnisse im Atom mithilfe eines Apfel-Erde- und eines Murmel-Stadion-Vergleichs.

Die Unterrichtseinheit ist klar strukturiert, direkt einsetzbar und als Baustein der Reihe „Atommodelle und Atombau“ angelegt. Sie schließt an die Einheit zum Atommodell nach Thomson an und bereitet die weitere Auseinandersetzung mit dem genaueren Aufbau des Atomkerns vor.

Enthalten sind:

• Lehrerhinweise mit Ablauf, Differenzierung, Hinweisen zur Durchführung und typischer Stolperstelle

• Begleitfolien für Rückblick, Problemfrage, Versuchsauswertung, Modellerarbeitung und Sicherung

• Arbeitsblatt zum Streuversuch von Rutherford mit Musterlösung

• Arbeitsblatt zu Protonen, Elektronen und Periodensystem mit Musterlösung

• Aufgaben zum Vergleich der Massen von Protonen und Elektronen mit Musterlösung

• Weiterdenken-Arbeitsblatt zu den Größenverhältnissen im Atom mit Musterlösung

• reduziertes Periodensystem der Elemente für den Anfangsunterricht Chemie

Das Material eignet sich für den Chemieunterricht in Klasse 8 und kann sowohl als eigenständige Unterrichtseinheit als auch innerhalb einer Reihe zu Atommodellen und Atombau eingesetzt werden.

Einordnung in die Reihe

Diese Unterrichtseinheit ist Teil der Reihe „Atommodelle und Atombau“. Sie schließt an die Einheit zum Atommodell nach Thomson an. Nachdem die Lernenden Elektronen und positive Ladung im Atom kennengelernt haben, wird nun überprüft, ob Thomsons Vorstellung einer im gesamten Atom verteilten positiven Ladung ausreicht, um die Beobachtungen des Streuversuchs zu erklären.

Aus den Versuchsergebnissen leiten die Lernenden das Kern-Hülle-Modell nach Rutherford ab. Die Beschäftigung mit Protonen, Elektronen und ihren unterschiedlichen Massen bereitet die folgende Einheit zum genaueren Aufbau des Atomkerns vor.