Experimente für den Unterricht

9. Radioaktivität

9.1 Lehrplan

Grundkenntnisse über natürliche und künstliche Radioaktivität: Aufbau der Atome (Kern-Hülle-Modell), stabile und instabile Kerne; Kernzerfall (Meßmethoden, Halbwertszeit), Kernspaltung (kontrolliert und unkontrolliert), Nutzen und Gefahren radioaktiver Strahlung (Medizin, Technik, Energiewirtschaft).

Hinweis: Keine Verwendung von radioaktiven Präparaten im Unterricht!

9.2 Atombau

Vorstellungen:

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Kügelchen wie eine Murmel? Rutherford-Versuch, vereinfacht.

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Kern mit Masse und „nix“ drumherum = Hülle mit Elektronen.

Bilder:

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Kern = 10-10m (4*10-11 bis 2*10-10)

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Atomradien: H=300x, O=660x, Au=1440x

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Kern = Fußball; ein Fußballtorwart hat „den Kern“ in den Händen, der andere kann davon Elektronen fangen; Durchmesser, wie zwei Fußballfelder lang sind.

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Kern = 40km Durchmesser; Hülle bis zur Sonne.

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Elektron genauso groß wie Proton und Neutron, aber nur 1/1840 der Masse

Ergebnis:

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Elektronen negativ, Protonen positiv, Neutronen neutral.

A: Wir bauen uns Atome nach den Regeln:

  1. Die Ladung muss nach außen hin neutral sein, d.h. für jedes Proton ein Elektron.

  2. Für jedes Proton muss mindestens ein Neutron in den Kern. Schreibweise:

       

A: Vergleich der Kerne.

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Ziel: Zusammensetzung der Kerne, Elementbegriff.

9.3 Instabilität

Je mehr Protonen, desto größer die Abstoßung. Neutronen können durch Zunahme der Zahl über 1:1 nur teilweise ausgleichen. Je mehr Protonen, desto instabiler der Kern.

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sehr instabile Kerne zerfallen von selbst (natürliche Radioaktivität)

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instabile Kerne können durch Beschuss gespalten werden (Bomben und KKW).

9.4 Energiebeteiligung

Die Bewegung der entstehenden Bruchstücke ist Wärme. Daneben entsteht Strahlung:

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a-Strahlen (sehr kleine Bruchstücke 2p+2n)

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Neutronen (einzelne Neutronen)

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b-Strahlen (Elektronen)

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g-Strahlen (noch kleiner).

Wieso Elektronen aus dem Kern? Lösung: n -> p+ + e- + E

9.5 Zerfallsgesetz

Zerfällt nach Lust und Laune, aber immer gleich viel in einem längeren Zeitraum. Modellversuch: Meterstab (jeweils halbe Längen) oder Kästchen 8x8: Restkerne und Zerfallsprodukte darstellbar.

Beispiele:

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238-U: 4 Mrd. a; 14-C: 6000 a; 123-I: 10 h; 266-Mt: 0.003s.

9.6 Meßmethoden

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Nennen: Nebelkammer (sichtbar, ohne g) und Geiger-Müller-Zählrohr (ohne a)

9.7 Kettenreaktion

9.8 Bedeutung

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Markierung, Krebsbehandlung, Bomben und Minen, Kraftwerke

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Tschernobyl: (1995) 120.000 Tote, bis 2010 rechnen russische Ärzte mit 15 Mio. Toten an Folgeschäden.

Versuche: H 11

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Didaktik der Chemie
Universität Bayreuth

© Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 20.09.10