Diese vollständig ausgearbeitete Unterrichtseinheit vertieft den Aufbau des Atoms und führt das Neutron als weiteres Teilchen im Atomkern ein. Sie schließt unmittelbar an die Einheit zum Streuversuch von Rutherford und zum Kern-Hülle-Modell an. Ausgangspunkt ist ein Rätsel im vereinfachten Periodensystem: Calcium besitzt mehr Protonen und Elektronen als Argon, für beide Elemente ist jedoch die Massenzahl 40 angegeben. Daraus entsteht die zentrale Frage: Wie kann die Masse gleich sein, obwohl Calcium mehr geladene Teilchen besitzt?

Die Lernenden untersuchen zunächst am Beispiel von Calcium, ob Protonen und Elektronen die angegebene Masse des Atoms vollständig erklären können. Anschließend übertragen sie die Rechnung auf weitere Elemente und erkennen, dass bei vielen Atomen eine Masse übrig bleibt. Aus diesem Befund leiten sie schrittweise ab, dass sich im Atomkern neben den Protonen noch ein weiteres Teilchen befinden muss. Sie formulieren Vermutungen zu dessen Ort, Ladung und Masse, bevor das Neutron eingeführt wird.

Darauf aufbauend sichern die Lernenden den Aufbau des Atoms. Sie vergleichen Protonen, Neutronen und Elektronen nach Ort im Atom, elektrischer Ladung und Masse. Mithilfe von Ordnungszahl und Massenzahl bestimmen sie anschließend die Anzahl der Protonen, Elektronen und Neutronen in neutralen Atomen und wenden ihr Wissen auf verschiedene Elemente an.

Im letzten Teil der Einheit zeichnen die Lernenden einfache Kern-Hülle-Modelle und übertragen die ermittelten Teilchenzahlen auf konkrete Atomdarstellungen. Das enthaltene Periodensystem Version 2 ist für den Anfangsunterricht reduziert und stellt die für die Aufgaben benötigten Ordnungs- und Massenzahlen übersichtlich zur Verfügung.

Für leistungsstärkere oder schnellere Lernende stehen zusätzliche Weiterdenken-Karten zu Isotopen bereit. Anhand verschiedener Wasserstoff-Atomkerne erkennen die Lernenden, dass Atome eines Elements immer gleich viele Protonen besitzen, sich jedoch in der Anzahl ihrer Neutronen und damit in ihrer Massenzahl unterscheiden können.

Die Unterrichtseinheit ist klar strukturiert, direkt einsetzbar und als Baustein der Reihe „Atommodelle und Atombau“ angelegt. Der Erkenntnisweg führt vom Zahlenrätsel über die Untersuchung der fehlenden Masse bis zur begründeten Erweiterung des Kern-Hülle-Modells um das Neutron.

Enthalten sind:

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

• Begleitfolien für Rückblick, Problemfrage, Erarbeitung, Sicherung und Anwendung

• Arbeitsblatt „Ein Rätsel im Periodensystem“ mit Musterlösung

• Arbeitsblatt „Der Aufbau des Atoms“ mit Musterlösung

• Periodensystem der Elemente, Version 2 für den Anfangsunterricht Chemie

• Weiterdenken-Karten zu Isotopen mit Musterlösung

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“ und schließt an die Einheit zum Streuversuch von Rutherford an. Nachdem die Lernenden erkannt haben, dass sich fast die gesamte Masse und die positive Ladung im Atomkern befinden, wird der Atomkern nun genauer untersucht.

Das Zahlenrätsel im Periodensystem zeigt, dass Protonen und Elektronen allein die Masse vieler Atome nicht vollständig erklären können. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit eines weiteren Teilchens im Atomkern: des Neutrons. Mithilfe von Ordnungszahl und Massenzahl bestimmen die Lernenden anschließend Protonen-, Elektronen- und Neutronenzahlen und stellen den Aufbau verschiedener Atome im Kern-Hülle-Modell dar.

Im Anschluss richtet sich der Blick vom Atomkern auf die Atomhülle. Mit dem Atommodell nach Bohr wird untersucht, wie die Elektronen in der Atomhülle angeordnet sind.