Die Masse von Atomen I musstewissen Chemie

Summary

Das Video erklärt auf spannende Weise, wie klein Atome sind und wie ihre Masse gemessen wird. Es vergleicht die Größe von Atomen mit Ameisen, Bakterien und winzigen Einheiten, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Durch das Beispiel eines Stecknadelkopfes, der 100 Trillionen Eisenatome enthält, wird verdeutlicht, wie unvorstellbar klein Atome sind. Zudem wird das Atommodell von John Dalton und die Verwendung der atomaren Masseneinheit 'u' erklärt. Das Periodensystem gibt Aufschluss über die Masse einzelner Atome und Moleküle.

Takeaways

• 🔬 Atome sind extrem klein und wiegen sehr wenig, was es schwierig macht, ihre Masse zu messen.
• 🐜 Ein Bakterium ist etwa 5000-mal kleiner als eine Ameise, und ein Atom ist 20.000-mal kleiner als ein Bakterium.
• 🧲 Der Stecknadelkopf enthält etwa 100 Trillionen Eisenatome.
• 🏆 Die erste Sichtbarmachung von Atomen wurde 1980 mit dem Rastertunnelmikroskop ermöglicht, wofür Gerd Binnig und Heinrich Rohrer 1986 den Nobelpreis erhielten.
• ⚖️ Wasserstoffatome haben eine Masse von 0,00000000000000000000000167 Gramm.
• 🔢 John Dalton verglich Atommassen relativ zueinander, wobei er dem Wasserstoffatom willkürlich den Wert 1 zuordnete.
• 🍊 Seit 1961 wird die Atommasse auf das Kohlenstoffisotop C-12 bezogen, wobei 1/12 davon als atomare Masseneinheit (u) definiert wird.
• 🔄 Atommassen können in u angegeben werden, ähnlich wie andere Einheiten (z.B. Gramm) umgerechnet werden können.
• 🧮 Die Masse eines Wassermoleküls besteht aus der Summe der Atommassen von zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom und beträgt ungefähr 18 u.
• 📊 Die Atommasse eines Elements lässt sich leicht aus dem Periodensystem ablesen.

Q & A

Wie groß ist der Unterschied zwischen einem Atom und einer Ameise?

Ein Atom ist etwa 100 Millionen Mal kleiner als eine Ameise und 30 Milliarden Mal kleiner als ein Mensch.

Wie viele Atome passen in den Kopf einer Stecknadel?

In den Kopf einer Stecknadel passen ungefähr 100 Trillionen Eisenatome.

Was wäre die Kettenlänge, wenn man Eisenatome auf einen Faden auffädeln würde?

Die Kettenlänge würde etwa 20 Millionen Kilometer betragen, was ausreichen würde, um 50 Mal zwischen der Erde und dem Mond hin- und herzuspannen.

Wer stellte die Idee auf, dass Materie aus unteilbaren Teilchen besteht?

Der griechische Naturphilosoph Demokrit stellte bereits um 400 v. Chr. die Idee auf, dass alle Materie aus kleinsten unteilbaren Teilchen, den Atomen, besteht.

Wann und von wem wurden Atome zum ersten Mal sichtbar gemacht?

Atome wurden 1980 mit dem Rastertunnelmikroskop von den Physikern Gerd Binnig und Heinrich Rohrer erstmals sichtbar gemacht.

Warum wiegen Atome so wenig, dass sie auf keiner normalen Waage messbar sind?

Atome sind nicht nur unglaublich klein, sondern ihre Masse ist so gering, dass sie auf keiner herkömmlichen Waage gemessen werden können. Ein Wasserstoffatom hat eine Masse mit 23 Nullen vor der 1.

Wie wird die Masse von Atomen gemessen und angegeben?

Die Masse von Atomen wird in der atomaren Masseneinheit 'u' (unified mass unit) gemessen. Ein Wasserstoffatom hat beispielsweise eine Masse von 1,0079 u und ein Sauerstoffatom 15,9994 u.

Warum wird die Masse von Atomen nicht in Gramm oder Milligramm angegeben?

Die Masse von Atomen wird nicht in Gramm oder Milligramm angegeben, da das unpraktisch wäre. Stattdessen nutzt man die Einheit 'u', die besser zur Größenordnung von Atomen passt.

Was ist der Faktor, um die atomare Masseneinheit in Gramm umzurechnen?

Der Faktor, um die atomare Masseneinheit 'u' in Gramm umzurechnen, ist 6,022 mal 10²³, der sogenannte Avogadro-Faktor.

Wie kann man die Masse eines Wassermoleküls berechnen?

Die Masse eines Wassermoleküls H₂O beträgt etwa 18 u, da es aus zwei Wasserstoffatomen (jeweils 1 u) und einem Sauerstoffatom (16 u) besteht.

Outlines

00:00

🔬 Wie klein sind Atome?

Der Abschnitt beschäftigt sich mit der Frage, wie klein Atome tatsächlich sind. Der Sprecher stellt sich vor, auf die Größe einer Ameise zu schrumpfen, was im Vergleich zu einem Atom immer noch riesig wäre. Eine Ameise ist 300-mal kleiner als ein Mensch, ein Bakterium 5000-mal kleiner als eine Ameise, und ein Atom ist 20.000-mal kleiner als ein Bakterium. Um dies zu veranschaulichen, wird ein Stecknadelkopf erwähnt, in den 100 Trillionen Eisenatome passen. Atome sind also unglaublich klein und unvorstellbar leicht.

05:00

⚖️ Wiegen von Atomen

Der Abschnitt erklärt, dass Atome so klein sind, dass ihre Masse auf keiner normalen Waage gemessen werden kann. Das Beispiel eines Wasserstoffatoms wird gegeben, das so leicht ist, dass es 23 Nullen hat, bevor eine 1 kommt. John Dalton bestimmte die Atommassen relativ zum Wasserstoffatom, das den Wert 1 erhielt. Seit 1961 wird als Referenz das Kohlenstoffisotop C-12 verwendet. Die atomare Masseneinheit 'u' (unified mass unit) wird verwendet, da das Gewicht in Gramm zu unpraktisch wäre. Eine Umrechnung in Gramm ist jedoch möglich.

📏 Das Periodensystem und Atommassen

Hier wird das Periodensystem als Hilfsmittel zur Bestimmung der Atommasse vorgestellt. Jede Elementtafel enthält die Atommasse in der Einheit 'u'. Ein Beispiel wird gegeben, indem die Masse eines Wassermoleküls (H₂O) berechnet wird. Die Masse setzt sich aus zwei Wasserstoffatomen (jeweils ca. 1 u) und einem Sauerstoffatom (ca. 16 u) zusammen, was insgesamt 18 u ergibt. Der Sprecher ermutigt, das Periodensystem zu nutzen, um die Masse verschiedener Moleküle zu berechnen, und lädt dazu ein, das Video zu liken und den Kanal zu abonnieren.

Keywords

💡Atom

Ein Atom ist das kleinste unteilbare Teilchen, aus dem alle Materie besteht. Im Video wird erklärt, dass ein Atom so winzig ist, dass es mit bloßem Auge nicht sichtbar ist. Die Masse eines Atoms ist ebenfalls extrem gering, was es schwierig macht, diese zu wiegen.

💡Stecknadelkopf

Ein Stecknadelkopf wird im Video als Metapher verwendet, um die Winzigkeit von Atomen zu veranschaulichen. Auf einem Stecknadelkopf passen 100 Trillionen Eisenatome, was zeigt, wie unglaublich klein Atome sind.

💡Bakterie

Eine Bakterie ist ein mikroskopisch kleines Lebewesen, das bereits so klein ist, dass es mit bloßem Auge nicht gesehen werden kann. Das Video beschreibt, dass Atome noch um ein Vielfaches kleiner sind als Bakterien, um die Winzigkeit von Atomen weiter zu verdeutlichen.

💡Rastertunnelmikroskop

Das Rastertunnelmikroskop ist ein Instrument, das es ermöglicht, Atome sichtbar zu machen. Es wurde 1980 von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer erfunden, was einen wichtigen Meilenstein in der Wissenschaft darstellt, da Atome davor nicht direkt beobachtet werden konnten.

💡Atomare Masseneinheit (u)

Die atomare Masseneinheit (u) ist eine spezielle Einheit zur Messung der Masse von Atomen und Molekülen. Im Video wird erklärt, dass u verwendet wird, um die extrem kleinen Massen von Atomen zu beschreiben, da es unpraktisch wäre, dies in Gramm zu tun.

💡Avogadro-Konstante

Die Avogadro-Konstante ist eine Zahl, die verwendet wird, um die Anzahl von Teilchen in einer Stoffmenge zu bestimmen. Im Video wird sie erwähnt, um den Faktor zu erklären, mit dem die Masse von Atomen in Gramm umgerechnet werden kann.

💡Demokrit

Demokrit war ein griechischer Naturphilosoph, der im 4. Jahrhundert v. Chr. die Idee äußerte, dass alle Materie aus kleinsten, unteilbaren Teilchen, den Atomen, besteht. Diese Annahme wird im Video erwähnt, um die lange Geschichte des Konzepts von Atomen zu zeigen.

💡Periodensystem

Das Periodensystem ist eine Tabelle, die alle bekannten chemischen Elemente und ihre Eigenschaften auflistet. Im Video wird darauf hingewiesen, dass man die Atommasse eines Elements im Periodensystem nachschlagen kann, um zum Beispiel die Masse eines Wassermoleküls zu berechnen.

💡Kohlenstoffisotop C-12

Das Kohlenstoffisotop C-12 ist ein Bezugspunkt für die Messung atomarer Massen. Seit 1961 wird es als Referenz verwendet, wobei seine Masse willkürlich auf 12 u festgelegt wurde. Im Video wird dies erklärt, um den Ursprung der atomaren Masseneinheit u zu veranschaulichen.

💡John Dalton

John Dalton war ein Wissenschaftler, der eine frühe Theorie zur Atommasse aufstellte. Er bestimmte die Masse von Atomen relativ zur Masse eines Wasserstoffatoms. Diese historische Methode wird im Video erwähnt, um die Entwicklung des Wissens über Atommassen zu verdeutlichen.

Highlights

Atome sind so klein, dass man sie nicht mehr mit bloßem Auge sehen kann.

Eine Ameise ist 5000-mal größer als eine Bakterie, und ein Atom ist nochmals 20.000-fach kleiner als eine Bakterie.

Auf den Stecknadelkopf passen 100 Trillionen Eisenatome.

Die Länge einer Kette aus Eisenatomen, die aufgereiht werden, würde 20 Millionen Kilometer betragen – das reicht für 50 Reisen zwischen Erde und Mond.

Der griechische Philosoph Demokrit postulierte bereits 400 v. Chr., dass Materie aus unteilbaren Teilchen, den Atomen, besteht.

Erst seit 1980 kann man Atome mit einem Rastertunnelmikroskop sichtbar machen, erfunden von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer.

Ein Wasserstoffatom hat eine unglaublich kleine Masse von 0,00000000000000000000000166 Gramm.

John Dalton verglich die Massen verschiedener Atome relativ zum Wasserstoffatom, welches er als 1 festlegte.

Seit 1961 dient das Kohlenstoffisotop C-12 mit einem Wert von 12 als neuer Bezugspunkt für atomare Massen.

Die atomare Masseneinheit u steht für 'unified mass unit' und dient zur praktischen Angabe der Masse von Atomen und Molekülen.

Ein H-Atom wiegt etwa 1,0079 u, ein O-Atom 15,9994 u – die Masse eines H₂O-Moleküls beträgt ungefähr 18 u.

Atommassen können in Gramm umgerechnet werden, indem man die Avogadro-Konstante von 6,022 × 10²³ verwendet.

Das Periodensystem liefert die Atommasse jedes Elements in der Einheit u.

Die Masse eines einzelnen Wassermoleküls beträgt ungefähr 3,0 × 10⁻²³ Gramm.

Durch das Periodensystem und die Berechnungen der Atommasse können chemische Reaktionen und Molekülmassen nachvollziehbar gemacht werden.

Transcripts

Wie viel wiegen eigentlich Atome?

Finden wir es heraus!

Ich bin nicht grade ein Riese,

aber stellt euch mal vor,

ich würde auf die Größe einer Ameise zusammenschrumpfen.

Das ist 300-mal kleiner, als ich bin.

Könnt ihr mich noch sehen?

So weit kein Problem, denn eine Ameise ist für unser Auge noch gut erkennbar.

Aber wenn wir jetzt noch weiter schrumpfen,

können wir bald nichts mehr sehen.

Bakterien sind zum Beispiel schon so winzig,

dass wir sie mit bloßem Auge nicht mehr sehen können.

Eine Bakterie ist in etwa 5000-fach kleiner als eine Ameise.

Von der Bakterie zum Atom, das ist noch mal ein Riesenschritt.

Die Bakterie müsste jetzt nochmals um das 20.000-Fache verkleinert werden,

dann wären wir beim Atom angekommen.

20.000-fach kleiner als eine Bakterie,

100-Millionen-fach kleiner als eine Ameise,

und 30-Milliarden-fach kleiner als ich.

Das kann man sich gar nicht vorstellen, oder?

Versuchen wir es mal so: Nehmen wir eine Stecknadel.

Jetzt schauen wir nur auf den Stecknadelkopf.

Allein in den passen 100 Trillionen Eisenatome.

Das ist eine 1 mit 20 Nullen dahinter.

Würde man beispielsweise die Eisenatome

auf einem Faden zu einer Kette auffädeln,

käme eine Kettenlänge von 20 Millionen Kilometer raus.

Diese Kette könnte man mehr als 50 Mal

zwischen Erde und Mond hin- und herspannen.

Die Annahme, dass alle Materie dieser Welt aus kleinsten unteilbaren Teilchen,

den Atomen, aufgebaut ist, gibt es schon lange.

Das sagte schon der griechische Naturphilosoph Demokrit

erstmals 400 vor Christus.

Doch gesehen hat er ein solches Atom natürlich nie.

Das geht erst seit 1980.

Der deutsche Physiker Gerd Binnig und der Schweizer Physiker Heinrich Rohrer

erfanden damals das sogenannte Rastertunnelmikroskop.

1986 bekamen sie dafür den Nobelpreis in Physik.

Seitdem kann man Atome sichtbar machen.

Wer klein ist, wiegt natürlich auch wenig.

Und so ist es bei Atomen auch.

Sie sind nicht nur winzig, sondern ihre Masse ist auch unglaublich klein.

So klein, dass man sie auf keiner normalen Waage wiegen kann.

Ein Wasserstoffatom hat zum Beispiel eine Masse von 0,00000...

Das dauert mir zu lange, es sind 23 Nullen, bevor die 1 kommt.

Das Atommodell von John Dalton

haben wir euch schon einmal in einem Video gezeigt.

Das könnt ihr euch noch mal hier anschauen:

John Dalton hat ja schon Atommassen bestimmt.

Nicht direkt, sondern in einem Vergleichsverfahren, also relativ.

Er verglich die Massen vieler Atome mit der Masse eines Wasserstoffatoms.

Dem Wasserstoffatom gab er willkürlich den Wert 1.

So war das Wasserstoffatom sein Bezugspunkt.

Seit 1961 gibt es einen neuen Bezugspunkt.

Es ist das Kohlenstoffisotop C-12 mit dem Wert 12.

Man nimmt als atomare Masseneinheit aber nicht das ganze Kohlenstoffatom,

sondern den zwölften Teil davon.

Stellt euch vor, diese Orange wäre ein Kohlenstoffatom.

Wenn ich die Orange in 12 gleiche Teile zerschneide,

dann habe ich ein Bruchstück,

das man beim Kohlenstoffatom als die atomare Masseneinheit u definiert.

u kommt von "unified mass unit", was so viel heißt wie einheitliche Masseneinheit.

u ist also nichts anderes als eine Masseneinheit.

Warum geben wir aber Atome und Moleküle

nicht einfach in Gramm oder Milligramm an?

Na ja, wir geben das Gewicht einer Ameise ja auch nicht in Tonnen an.

Und wir sagen auch nicht, ein Tag hat 86.400 Sekunden, sondern 24 Stunden.

Die Einheit, sei es eine Zeiteinheit oder Längeneinheit

oder, wie in unserem Fall, eine Gewichtseinheit,

muss in der Größenordnung zu dem Objekt passen, welches sie beschreibt.

Sonst müssten wir jedes Mal,

wenn wir von Massen von Atomen oder Molekülen sprechen,

immer so Sachen sagen wie 0,00000 und so weiter.

Das wäre ziemlich unpraktisch.

Also stattdessen u.

Ein H-Atom hat auf der u-Skala eine Masse von 1,0079 u

und ein Sauerstoffatom von 15,9994 u.

Da u genauso wie Gramm eine Masseneinheit ist,

kann man u auch in Gramm umrechnen und andersrum.

Genau wie ihr Pfund in Kilogramm umrechnen könnt

oder Kilogramm in Tonnen.

Dazu braucht ihr einen Faktor,

in unserem Fall ist dieser Faktor eine Zahl von 6,022 mal 10²³.

Dieser Faktor ist übrigens der Zahlenwert der sogenannten Avogadro-Konstante.

Zu ihr werden wir später in anderen Videos noch mehr hören.

Und woher wissen wir jetzt, wie schwer jedes Atom ist?

Tja, das verrät uns, wie so oft, unser bester Freund, das Periodensystem.

In jeder Elementtafel steht in der Ecke die Atommasse in u.

So könnt ihr jetzt ganz einfach die Masse eines Wassermoleküls ausrechnen.

Ich überschlage mal: Die Masse von einem H₂O-Molekül

ist zweimal die Atommasse von Wasserstoff, das sind gerundet 1 u,

plus die Atommasse von Sauerstoff, das ist gerundet 16 u, ergibt zusammen 18 u.

So schwer ist also ein einziges Wassermolekül.

Und jetzt nur spaßeshalber:

Das können wir ausrechnen, indem wir:

Dann komm gerundet in Gramm raus:

Ein Wassermolekül wiegt also:

So viel zu der Masse von Atomen und Molekülen und der Masseneinheit u.

Wenn es euch gefallen hat, freu ich mich über einen Damen nach oben.

Wenn ihr noch mehr über Atome und vieles mehr erfahren wollt,

dann gerne auch abonnieren. Bis bald.

Untertitel im Auftrag des ZDF für funk, 2017