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Größenverhältnisse im Atom (für Tablets geeignet)

Mit Würfelzucker verbindet man normalerweise ein gemütliches Frühstück mit einer großen Tasse kräftigem Kaffee. Planet Schule nützt einen Zuckerwürfel für ein Experiment und lädt zu einer außergewöhnlichen Reise in den Mikrokosmos ein! Wie sehen Zuckerkristalle aus? Welche charakteristische Bauweise weist ein Zuckermolekül auf? Was befindet sich im Inneren des Atomkerns? Diesen Fragen kann man in der Simulation "Größenverhältnisse im Atom" auf den Grund gehen.

Diese Anwendung ist in HTML5 programmiert und eignet sich somit auch für die Nutzung auf mobilen Endgeräten.

Zoomen starten (für Tablets geeignet)

Als Untersuchungsobjekt der Simulation dient ein 1 Zentimeter kleiner Würfelzucker. Zieht man den roten Hebel nach unten, startet die einzigartige Reise in das Innere des Zuckerstücks – bis tief in den Atomkern hinein.

Funktionsweise der Simulation

In der Simulation kann man in das Innere eines Atoms zoomen. Hierfür muss man einfach den roten Hebel auf den gewünschten Wert der Skala bewegen. Folgende Stationen gilt es zu erkunden.

Zuckerwürfel (1 Zentimeter)

Ein Stück Würfelzucker besteht aus vielen kleinen Zuckerkristallen. Er entsteht, indem man die kleinen Zuckerkristalle mit Feuchtigkeit zu einem Würfel presst.

Detailansicht der Simulation: Kugel-Stab-Modell

Das Kugel-Stab-Modell verdeutlicht die Molekülstruktur der Saccharose: schwarze Kugeln symbolisieren Kohlenstoff-Atome, Sauerstoff-Atome werden durch rote Kugeln dargestellt und Wasserstoff-Atome durch weiße.

Zuckerkristall (1 Millimeter)

Zucker kommt meistens in Kristallen vor, die entstehen, wenn man Wasser aus einer Zuckerlösung verdunsten lässt. Die Kristalle wiederum bestehen aus Molekülen – im ganzen Würfel etwa 3 Trilliarden.

Zuckermolekül (1 Nanometer)

Unser Würfelzucker besteht aus Saccharose-Molekülen. Saccharose ist ein Disaccharid, das heißt, ein Molekül besteht aus zwei Einfachzuckern – Glucose und Fructose. Zuckermoleküle sind Verbindungen aus Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Wasserstoff-Atomen.

Atom (150 Picometer)

Atome sind die Bausteine der Moleküle. Sie bestehen aus einem Atomkern und Elektronen – beim Kohlenstoffatom genau sechs Stück –, die eine kugelförmige Hülle um den Kern bilden. Die genaue Größe eines Atoms anzugeben ist schwierig, weil diese je nach Umgebung unterschiedlich ist. Der größte Teil des Atoms ist die Hülle – verglichen damit ist der Atomkern winzig.

Atomkern (4 Femtometer)

Obwohl er winzig klein ist, enthält der Kern fast die gesamte Masse des Atoms. Ein Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Beim Kohlenstoffatom sind es sechs Protonen und sechs Neutronen.

Detailansicht der Simulation: Aufbau eines Protons

Im Inneren des Atomkerns findet man – neben Neutronen – die positiv geladenen Protonen. Ein einzelnes Proton wiederum besteht aus drei Kleinstpartikeln, den sogenannten Quarks.

Proton (2 Femtometer)

Das Proton und sein Partner, das Neutron, sind die Bausteine des Atomkerns. Sie sind ungefähr gleich groß und unterscheiden sich durch ihre Ladung – das Neutron ist ungeladen, das Proton positiv geladen. Auch Protonen und Neutronen selbst bestehen wieder aus kleineren Teilchen, aus drei Quarks.

Quarks (unter 1 Attometer)

Anders als der Name "Atom" (griechisch für "unteilbar") sagt, lassen sich Atome sehr wohl noch weiter teilen – bis zu den Quarks. Diese sind nach heutigem Forschungsstand tatsächlich die kleinsten Teilchen, aus denen Materie besteht. Aus Messungen weiß man, dass sie kleiner als 1 Attometer sein müssen – vermutlich haben sie sogar überhaupt keine Ausdehnung und sind punktförmig.

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