Experimente für den Chemieunterricht: Materialkunde

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:

	Kügelchen wie eine Murmel? Rutherford-Versuch, vereinfacht.
	Kern mit Masse und „nix“ drumherum = Hülle mit Elektronen.

Bilder:

	Kern = 10-10m (410-11 bis 210-10)
	Atomradien: H=300x, O=660x, Au=1440x
	Kern = Fußball; ein Fußballtorwart hat „den Kern“ in den Händen, der andere kann davon Elektronen fangen; Durchmesser, wie zwei Fußballfelder lang sind.
	Kern = 40km Durchmesser; Hülle bis zur Sonne.
	Elektron genauso groß wie Proton und Neutron, aber nur 1/1840 der Masse

Ergebnis:

Elektronen negativ, Protonen positiv, Neutronen neutral.

A: Wir bauen uns Atome nach den Regeln:

Die Ladung muss nach außen hin neutral sein, d.h. für jedes Proton ein Elektron.
Für jedes Proton muss mindestens ein Neutron in den Kern. Schreibweise:

A: Vergleich der Kerne.

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.

	sehr instabile Kerne zerfallen von selbst (natürliche Radioaktivität)
	instabile Kerne können durch Beschuss gespalten werden (Bomben und KKW).

9.4 Energiebeteiligung

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

	a-Strahlen (sehr kleine Bruchstücke 2p+2n)
	Neutronen (einzelne Neutronen)
	b-Strahlen (Elektronen)
	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:

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

9.6 Meßmethoden

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

9.7 Kettenreaktion

9.8 Bedeutung

	Markierung, Krebsbehandlung, Bomben und Minen, Kraftwerke
	Tschernobyl: (1995) 120.000 Tote, bis 2010 rechnen russische Ärzte mit 15 Mio. Toten an Folgeschäden.

Versuche: H 11

Didaktik der Chemie
Universität Bayreuth