Atommodelle & Atombau: Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr & Periodensystem

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 StolperstelleBegleitfolien für Rückblick, Problemfrage, Erarbeitung, Sicherung und AnwendungArbeitsblatt „Ein Rätsel im Periodensystem“ mit MusterlösungArbeitsblatt „Der Aufbau des Atoms“ mit MusterlösungPeriodensystem der Elemente, Version 2 für den Anfangsunterricht ChemieWeiterdenken-Karten zu Isotopen mit MusterlösungDas 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 ReiheDiese 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 nächsten Schritt wird der Blick vom einzelnen Atom auf die Ordnung im Periodensystem erweitert. Durch die Auseinandersetzung mit den Eigenschaften ausgewählter Elementfamilien erkennen die Lernenden erste Regelmäßigkeiten in der Anordnung der Elemente. Diese zunächst auf Stoffebene erschlossene Ordnung bildet die Grundlage für die anschließende Untersuchung der Atomhülle mit dem Schalenmodell nach Bohr.

Klassenstufen: 8-9. Klasse

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 StolperstelleBegleitfolien für Rückblick, Problemfrage, Versuchsauswertung, Modellerarbeitung und SicherungArbeitsblatt zum Streuversuch von Rutherford mit MusterlösungArbeitsblatt zu Protonen, Elektronen und Periodensystem mit MusterlösungAufgaben zum Vergleich der Massen von Protonen und Elektronen mit MusterlösungWeiterdenken-Arbeitsblatt zu den Größenverhältnissen im Atom mit Musterlösungreduziertes Periodensystem der Elemente für den Anfangsunterricht ChemieDas 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 ReiheDiese 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.

Klassenstufen: 8-9. Klasse

Diese vollständig ausgearbeitete Unterrichtseinheit führt das Atommodell nach Thomson als Weiterentwicklung des Atommodells nach Dalton ein. Ausgangspunkt sind einfache Luftballonversuche, bei denen die Lernenden beobachten, dass sich Stoffe anziehen oder abstoßen können. Dadurch entsteht die zentrale Modellfrage: Warum reicht Daltons Vorstellung von Atomen als kleinen, massiven Kugeln nicht aus, um elektrische Erscheinungen an Stoffen zu erklären?Die Lernenden prüfen schrittweise die Grenze des Dalton-Modells und erkennen, dass für die Erklärung von Anziehung und Abstoßung eine neue Vorstellung benötigt wird: elektrische Ladung. Darauf aufbauend erarbeiten sie Thomsons Atommodell. Sie beschreiben, dass ein Atom negativ geladene Elektronen enthält, dass positive Ladung im Atom vorhanden ist und dass das Atom insgesamt elektrisch neutral bleibt.Im zweiten Teil der Einheit wird das Periodensystem erneut als Werkzeug genutzt. Die Lernenden verwenden die Ordnungszahl, um die Anzahl der Elektronen in Atomen zu bestimmen, und übertragen diese Information auf einfache Modellzeichnungen nach Thomson. So wird das Modell nicht nur benannt, sondern konkret angewendet und mit dem Periodensystem verknüpft.Die Unterrichtseinheit ist klar strukturiert, direkt einsetzbar und als Baustein der Reihe „Atommodelle und Atombau“ angelegt. Sie schließt an die Einheit zum Atommodell nach Dalton und zur Einführung in das Periodensystem an und bereitet die Weiterarbeit mit dem Atommodell nach Rutherford vor.Enthalten sind:Lehrerhinweise mit Ablauf, Differenzierung und typischer StolperstelleBegleitfolien für Rückblick, Versuchsauswertung, Modellerarbeitung und SicherungArbeitsblatt zu den Luftballonversuchen mit MusterlösungArbeitsblatt zum Atommodell nach Thomson mit MusterlösungArbeitsblatt zu Elektronen, Ordnungszahl und Periodensystem mit Musterlösungreduziertes Periodensystem der Elemente für den Anfangsunterricht ChemieDas 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 ReiheDiese Unterrichtseinheit ist Teil der Reihe „Atommodelle und Atombau“. Sie schließt an die Einheit zum Atommodell nach Dalton und zur Einführung in das Periodensystem an. Nachdem die Lernenden chemische Reaktionen mithilfe der Neuordnung erhaltener Atome erklären konnten, wird nun sichtbar, dass Daltons Modell elektrische Erscheinungen noch nicht deuten kann. Mit dem Atommodell nach Thomson wird die Modellvorstellung deshalb um Elektronen und positive Ladung erweitert. Im Anschluss kann die Reihe mit dem Atommodell nach Rutherford fortgeführt werden.

Klassenstufen: 8-9. Klasse

Mit dieser Unterrichtseinheit steigen die Lernenden in die Reihe Atommodelle und Atombau ein. Im Mittelpunkt steht die Leitfrage: Woher wissen Menschen, wie Atome aussehen?Die Einheit führt den Modellbegriff anschaulich und schrittweise ein. Die Lernenden erkennen, dass Modelle helfen können, Dinge zu erklären, die nicht direkt beobachtet werden können. Gleichzeitig wird das Denken in Systemen und Komponenten vorbereitet: Viele Systeme bestehen aus kleineren Bestandteilen, die sich nicht immer direkt sehen oder untersuchen lassen.Dieses System-Komponenten-Denken bildet eine wichtige Grundlage für die weitere Reihe. Die Lernenden können später nachvollziehen, wie sich Vorstellungen vom Aufbau der Materie weiterentwickeln: vom Stoffteilchen über Atome bis hin zu Modellen, die auch den inneren Aufbau des Atoms erklären.Anhand einer Blackbox-Forschung untersuchen die Lernenden eine verschlossene Box, beschreiben ihre Beobachtungen und entwickeln daraus begründete Vorstellungen über einen unsichtbaren Gegenstand. So wird erfahrbar, warum auch Atommodelle Modelle sind: Sie beruhen auf Beobachtungen und Untersuchungsmethoden und können durch neue Erkenntnisse verändert oder erweitert werden.Das Material ist als klar strukturierte Doppelstunde konzipiert und direkt einsetzbar. Die Begleitfolien führen durch Einstieg, Modellvergleich, System-Komponenten-Gedanken, Forschungsphase, Auswertung und Sicherung. Die Lehrerhinweise enthalten konkrete Hinweise zur Vorbereitung und Durchführung der Blackbox-Forschung sowie typische Stolperstellen.Enthalten sind:Begleitfolien zur UnterrichtseinheitBlackbox-Aufträge für die ForschungsphaseLehrerhinweise mit Ablauf, Differenzierung und DurchführungstippsHinweis: Für die praktische Durchführung werden verschlossene Boxen mit unterschiedlichen Gegenständen benötigt. Diese werden von der Lehrkraft vorbereitet.Einordnung in die Reihe:Im Anschluss an diese Einheit kann die Reihe mit dem Übergang vom Stoffteilchenmodell zum Atommodell nach Dalton fortgeführt werden.

Klassenstufen: 8-9. Klasse