## 437 **C) Sie haben die gleiche Protonenzahl.** Isotope sind Atome desselben chemischen Elements, die sich durch ihre Neutronenzahl unterscheiden, aber immer die gleiche Anzahl an Protonen besitzen. Die Protonenzahl bestimmt das chemische Element und ist für jedes Element charakteristisch - zum Beispiel haben alle Kohlenstoffisotope ($^{12}\text{C}$, $^{13}\text{C}$, $^{14}\text{C}$) 6 Protonen. Die anderen Optionen sind falsch: Die relative Atommasse und Massenzahl (Summe aus Protonen und Neutronen) unterscheiden sich bei Isotopen gerade wegen der verschiedenen Neutronenzahl. Auch die Gesamtzahl der Nukleonen (Protonen + Neutronen) ist bei Isotopen unterschiedlich. ## 438 **A) Es entsteht ein anderes Element.** Wenn ein Proton aus einem Atomkern entfernt wird, verringert sich die Ordnungszahl des Elements um 1, was per Definition zu einem anderen chemischen Element führt. Die Ordnungszahl bestimmt die Anzahl der Protonen im Kern und damit die chemische Identität des Elements. Option B ist falsch, da Isotope die gleiche Protonenzahl, aber unterschiedliche Neutronenzahlen haben. C ist nicht korrekt, da die Elektronenzahl sich normalerweise an die Protonenzahl anpasst, um Neutralität zu erreichen. E ist falsch, da die Ordnungszahl durch Protonenentfernung sinkt, nicht steigt. ## 439 **A) Sie besitzen die gleiche Massezahl. ** Die Massezahl steht als obere Zahl vor dem Elementsymbol und gibt die Summe aus Protonen und Neutronen im Atomkern an. Bei beiden Isotopen $^{40}_{18}\text{Ar}$ und $^{40}_{19}\text{K}$ ist diese Zahl 40, daher haben sie die gleiche Massezahl. Die untere Zahl ist die Kernladungszahl (Ordnungszahl), die die Anzahl der Protonen angibt - bei Argon sind es 18 Protonen, bei Kalium 19 Protonen. Da die Anzahl der Protonen unterschiedlich ist, sind auch die Optionen B und C falsch. Die Neutronenzahl berechnet sich aus Massezahl minus Protonenzahl, also hat Ar 22 Neutronen (40-18) und K 21 Neutronen (40-19), somit ist auch D falsch. Die Elektronenhülle entspricht im neutralen Atom der Protonenzahl, daher haben beide Elemente unterschiedliche Elektronenhüllen (Option E falsch). ## 440 **E) Die Ordnungszahl verringert sich um 2.** Ein $\alpha$-Teilchen besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen (identisch mit einem Helium-Kern). Wenn ein Atomkern ein $\alpha$-Teilchen emittiert, verliert er diese zwei Protonen und zwei Neutronen. Da die Ordnungszahl eines Elements durch die Anzahl der Protonen bestimmt wird, verringert sich diese um 2. Die Massenzahl (Protonen + Neutronen) verringert sich entsprechend um 4, nicht um 2 (Option D). Die Elektronenzahl (Option A) ändert sich beim Kernzerfall zunächst nicht, da dieser nur den Kern betrifft. Die Optionen B und C sind falsch, da sich die Ordnungszahl nicht um 4 verringert und die Massenzahl sich nicht erhöht. ## 441 **C) In einem Orbital können sich maximal zwei Elektronen aufhalten.** Das Pauli-Prinzip ist ein fundamentales Prinzip der Quantenmechanik und besagt, dass sich in einem Orbital maximal zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin aufhalten können. Dies erklärt den Aufbau der Elektronenhülle von Atomen und ist entscheidend für das Periodensystem der Elemente. Die falschen Optionen vermischen verschiedene andere Konzepte: A) beschreibt die Definition von Isotopen, B) ist Einsteins Postulat der Relativitätstheorie, D) beschreibt die Heisenberg'sche Unschärferelation und E) das überholte Bohr'sche Atommodell. Das Pauli-Prinzip ist nach Wolfgang Pauli benannt und bildet eine wichtige Grundlage für das Verständnis chemischer Bindungen und elektronischer Eigenschaften von Atomen. ## 442 **B) Protonen und Neutronen** Die Masse eines Atoms wird fast vollständig durch die Kernbausteine Protonen und Neutronen bestimmt, da diese jeweils etwa 1 u (atomare Masseneinheit) wiegen. Die Elektronen in der Atomhülle haben dagegen eine etwa 1836-mal kleinere Masse und tragen daher praktisch nicht zur Gesamtmasse bei. Die anderen Optionen sind falsch: Positronen sind Antiteilchen und kommen in normalen Atomen nicht vor, Photonen sind masselose Lichtteilchen. Die Kombination von Elektronen mit anderen Teilchen (A, D, E) kann die Atommasse nicht erklären, da Elektronen zu leicht sind. ## 443 **D) Atomdurchmesser liegen in der Größenordnung von etwa 0,1 nm.** Atome sind extrem kleine Teilchen, deren Durchmesser typischerweise im Bereich von etwa 0,1 nm (= $10^{-10}$ m) liegt. Dies ist etwa 10.000-mal kleiner als die in Option B genannten 1 µm. Der Atomkern ist dabei noch einmal deutlich kleiner als das gesamte Atom - er hat einen Durchmesser von etwa $10^{-15}$ m, nicht 1 nm wie in Option C behauptet. Die Elektronenhülle macht den Großteil des Atomvolumens aus und ist etwa 100.000-mal größer als der Kern (Option A falsch). Option E überschätzt die Atomgröße um etwa zwei Größenordnungen. ## 444 **A) Elektronen sind Elementarteilchen.** Elektronen sind tatsächlich fundamentale Elementarteilchen, die nicht weiter teilbar sind und zu den Leptonen gehören. Sie haben eine negative Elementarladung und bewegen sich in der Atomhülle. Die anderen Optionen enthalten grundlegende Fehler: Die Masse eines Elektrons ist mit etwa $9,1 \times 10^{-31}$ kg viel kleiner als 1 u (B), Elektronen sind negativ statt positiv geladen (C), sie befinden sich in der Atomhülle und nicht im Kern (D), und Radioaktivität entsteht durch Kernprozesse, nicht durch Elektronen (E). ## 445 **C) Die Ladung eines Protons ist gleich der Ladung eines Elektrons.** Die Aussage ist nicht korrekt, weil Protonen und Elektronen zwar den gleichen Betrag an Ladung haben, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen. Protonen tragen eine positive Elementarladung (+e), während Elektronen eine negative Elementarladung (-e) besitzen. Der Betrag ist mit 1,602 × 10^-19 Coulomb identisch, aber das Vorzeichen unterscheidet sich. Die anderen Aussagen sind alle richtig: Protonen sind positiv geladen (A), Neutronen haben keine elektrische Ladung (B), Elektronen sind negativ geladen (D), und in einem neutralen Atom ist die Anzahl der Protonen und Elektronen gleich, wodurch sich die Ladungen ausgleichen (E). ## 446 **B) Die Anzahl der Protonen bestimmt die Elementzugehörigkeit von Atomen.** Die Ordnungszahl (Protonenzahl) ist das entscheidende Merkmal eines Elements und bestimmt seine chemische Identität. Atome des gleichen Elements haben immer die gleiche Anzahl an Protonen, können sich aber in der Anzahl ihrer Neutronen (Isotope) oder Elektronen (Ionen) unterscheiden. Option A ist falsch, da unterschiedliche Protonenzahlen automatisch verschiedene Elemente bedeuten. Option C ist falsch, da viele Elemente auch als Moleküle existieren (z.B. $\text{O}_2$, $\text{N}_2$). Option D verwechselt Isotope (gleiche Protonenzahl, unterschiedliche Neutronenzahl) mit verschiedenen Elementen. Option E ist falsch, da das Protonen-Neutronen-Verhältnis für die Elementzugehörigkeit nicht relevant ist. ## 447 **A) Nukleonen bestehen aus Elementarteilchen** Nukleonen (Protonen und Neutronen) sind die Bausteine des Atomkerns und bestehen tatsächlich aus noch kleineren Elementarteilchen, den Quarks. Konkret setzen sich Protonen und Neutronen jeweils aus drei Quarks zusammen, die durch die starke Kernkraft zusammengehalten werden. Die anderen Optionen sind falsch: Die chemische Reaktivität wird durch die Elektronenhülle bestimmt (B), die selbst keine Nukleonen enthält (C). Nukleonen sind nicht grundsätzlich positiv geladen (D), da Neutronen elektrisch neutral sind. Außerdem sind Nukleonen in den meisten Atomkernen stabil (E) und zerfallen nicht spontan. ## 448 **C) Die Massenzahl unterscheidet sich bei Isotopen eines Elements durch die verschiedene Neutronenzahl.** Isotope sind Atome des gleichen Elements, die sich nur in ihrer Neutronenzahl unterscheiden. Die Massenzahl ist die Summe aus Protonen- und Neutronenzahl. Da Isotope per Definition die gleiche Protonenzahl (= Ordnungszahl) haben, führt die unterschiedliche Anzahl an Neutronen zu verschiedenen Massenzahlen. Die anderen Optionen sind falsch: Isotope haben gerade nicht die gleiche Massenzahl (A, B), die Massenzahl ist nicht gleich der Ordnungszahl (D), und die Neutronenzahl variiert ja gerade bei Isotopen (E). Ein bekanntes Beispiel sind die Wasserstoffisotope Protium ($^1\text{H}$), Deuterium ($^2\text{H}$) und Tritium ($^3\text{H}$), die sich in ihrer Neutronenzahl und damit in ihrer Massenzahl unterscheiden. ## 449 **C) Protonen sind etwa 2.000-mal schwerer als Elektronen** Protonen haben tatsächlich eine etwa 1.836-mal größere Masse als Elektronen, was auf rund 2.000 gerundet werden kann. Die Masse eines Protons beträgt etwa 1 u (atomare Masseneinheit), während Elektronen mit etwa 0,0005 u extrem leicht sind. Die anderen Optionen enthalten grundlegende Fehler: Neutronen sind nicht leichter als Elektronen, sondern haben ungefähr die gleiche Masse wie Protonen (etwa 1 u). Elektronen haben nicht 1 u Masse (Option B), sondern sind viel leichter. Option D unterschätzt die Protonenmasse erheblich, und Option E ist falsch, da Protonen und Elektronen keineswegs ähnliche Massen haben, sondern sich um mehrere Größenordnungen unterscheiden. ## 450 **B) Betastrahlung (β⁻-Strahlung)** Bei der β⁻-Strahlung wandelt sich im Atomkern ein Neutron in ein Proton um, wobei ein Elektron (β⁻-Teilchen) und ein Antineutrino emittiert werden. Da die Protonenzahl um 1 zunimmt, erhöht sich die Ordnungszahl des Elements entsprechend. Die anderen Strahlungsarten führen entweder zu einer Verringerung der Ordnungszahl (α-Strahlung durch Emission von 2 Protonen), oder verändern den Kern gar nicht: γ-Strahlung ist elektromagnetische Strahlung aus dem Kern, während Röntgen- und UV-Strahlung von der Elektronenhülle ausgehen und den Kern ebenfalls nicht beeinflussen. ## 451 **E) Es entsteht ein Isotop desselben Elements.** Wenn ein Proton zu einem Atomkern hinzugefügt wird, entsteht ein neues Element mit einer um eins höheren Ordnungszahl. Die Anzahl der Protonen bestimmt die Kernladung und damit die chemische Identität des Elements. Ein Isotop hingegen hat die gleiche Protonenzahl (also gleiches Element), unterscheidet sich aber in der Neutronenzahl. Die Aussagen A bis D sind alle korrekt: Die Ordnungszahl und Kernladung steigen durch das zusätzliche Proton, wodurch ein anderes Element entsteht. Auch die Massezahl (Summe aus Protonen und Neutronen) erhöht sich um eins. Option E ist falsch, da sich die Protonenzahl ändert und somit kein Isotop, sondern ein neues Element entsteht. ## 452 **C) 1. ist richtig** In einem neutralen Atom ist die Anzahl der positiv geladenen Protonen im Kern gleich der Anzahl der negativ geladenen Elektronen in der Hülle (Aussage 1). Dies ist notwendig für die elektrische Neutralität des Atoms. Die Anzahl der Neutronen kann dagegen variieren - sie muss weder der Elektronenzahl (Aussage 2) noch der Protonenzahl (Aussage 3) entsprechen. Verschiedene Isotope eines Elements haben die gleiche Protonenzahl, aber unterschiedliche Neutronenzahlen. Zum Beispiel hat $^{12}\text{C}$ 6 Protonen und 6 Neutronen, während $^{14}\text{C}$ 6 Protonen aber 8 Neutronen besitzt. ## 453 **C) p-Orbitale unterscheiden sich in ihrer räumlichen Ausrichtung, haben aber die gleiche Energie** p-Orbitale haben eine charakteristische hantelförmige Gestalt und sind entlang der drei Raumrichtungen (x, y, z) ausgerichtet. Obwohl sie unterschiedlich im Raum orientiert sind, besitzen alle drei p-Orbitale einer Schale die gleiche Energie - sie sind energetisch entartet. Die anderen Optionen enthalten Fehler: s-Orbitale sind kugelsymmetrisch, nicht hantelförmig (D). p-Orbitale können maximal zwei Elektronen aufnehmen, nicht sechs (B). d-Orbitale haben komplexere Formen und sind nicht kugelsymmetrisch (E). Orbitale unterscheiden sich grundsätzlich in ihrer räumlichen Form je nach Typ (s, p, d, f), daher ist auch Aussage A falsch. ## 454 **C) Das Isotop hat 19 Protonen** Die Analyse des Kalium-Isotops zeigt 39 Nukleonen (Gesamtzahl aus Protonen und Neutronen) und 20 Neutronen im Kern. Da die Anzahl der Nukleonen die Summe aus Protonen und Neutronen ist, lässt sich die Protonenzahl durch Subtraktion berechnen: 39 - 20 = 19 Protonen. Dies bestätigt auch die Ordnungszahl von Kalium (19) im Periodensystem. Die anderen Optionen sind falsch: Die Elektronenzahl entspricht der Protonenzahl (19, nicht 20), die Massenzahl ist 39 (nicht 40), es handelt sich um $^{39}\text{K}$ (nicht $^{40}\text{K}$), und die Ordnungszahl ist 19 (nicht 20). ## 455 **E) Die Zahl der Nukleonen ist 27.** Die Ordnungszahl 13 gibt die Anzahl der Protonen im Atomkern an, die bei einem neutralen Atom auch der Anzahl der Elektronen entspricht. Die Massenzahl 27 entspricht der Gesamtzahl aller Nukleonen (Protonen + Neutronen) im Atomkern. Da das Atom 13 Protonen hat, muss es folglich 14 Neutronen besitzen (27 - 13 = 14). Die anderen Optionen sind falsch: Die Elektronenzahl ist 13 (nicht 27), die Ordnungszahl ist 13 (nicht 14), die Neutronenzahl ist 14 (nicht 13) und die Protonenzahl ist 13 (nicht 14). Die Massenzahl 27 gibt tatsächlich die Gesamtzahl der Nukleonen an. ## 456 **D) p-Orbitale in der gleichen Schale haben die gleiche Energie.** Die drei p-Orbitale ($p_x$, $p_y$, $p_z$) einer Elektronenschale sind energetisch entartet, das heißt sie besitzen die gleiche Energie. Dies liegt an ihrer identischen räumlichen Struktur, die nur unterschiedlich im Raum ausgerichtet ist. Die anderen Optionen enthalten Fehler: Die Hauptquantenzahl bestimmt die Größe und Energie der Orbitale, nicht ihre Form (A). s-Orbitale haben stets eine niedrigere Energie als p-Orbitale derselben Schale (B). s-Orbitale existieren bereits ab der ersten Hauptschale (C). p-Orbitale haben eine hantelförmige Gestalt und sind nicht kugelsymmetrisch wie s-Orbitale (E). ## 457 **C) Der Atomkern hat etwa 1/10.000 des Atomdurchmessers.** Das Größenverhältnis zwischen Atomkern und Gesamtatom ist tatsächlich extrem unterschiedlich. Der Atomkern hat nur etwa 1/10.000 des Atomdurchmessers, was bedeutet, dass der Kern im Vergleich zum gesamten Atom winzig ist. Stellt man sich ein Atom in der Größe eines Fußballstadions vor, wäre der Kern nur so groß wie eine Erbse in dessen Mitte. Die Elektronenhülle macht also fast das gesamte Atomvolumen aus, während der Kern trotz seiner hohen Masse nur einen verschwindend kleinen Teil des Raums einnimmt. Die anderen Optionen unterschätzen dieses extreme Größenverhältnis deutlich - der Kern ist nicht nur 2-mal (A), 10-mal (E) oder 100-mal (B) kleiner als das Atom. ## 458 **A) Es enthält 6 Neutronen. Die Massenzahl eines Atoms ergibt sich aus der Summe von Protonen und Neutronen. Bei einer Masse von etwa 12 u und 6 Protonen muss das Atom also 6 Neutronen enthalten (12 - 6 = 6). Es handelt sich hier um das Kohlenstoff-Isotop $^{12}\text{C}$. Als neutrales Atom hat es genauso viele Elektronen wie Protonen, also 6 Elektronen. Die Massenzahl ist 12, nicht 6 (Option C). Elektronen haben eine etwa 1836-mal kleinere Masse als Protonen oder Neutronen, tragen also kaum zur Gesamtmasse bei (Option D falsch). Mit 6 Neutronen hat dieses Kohlenstoff-Atom die normale, häufigste Neutronenzahl und ist kein ungewöhnliches Isotop (Option E falsch). ## 459 **D) Alle Orbitale einer Hauptschale haben die gleiche Energie.** Orbitale innerhalb einer Hauptschale haben unterschiedliche Energieniveaus, abhängig von ihrer Nebenquantenzahl (l). In der zweiten Hauptschale (n=2) hat beispielsweise das 2s-Orbital eine niedrigere Energie als die 2p-Orbitale. Diese Energieunterschiede entstehen durch die unterschiedlichen Formen und räumlichen Verteilungen der Orbitale, was zu verschiedenen Abschirmungseffekten und Elektron-Elektron-Wechselwirkungen führt. Die anderen Aussagen sind korrekt: s-Orbitale sind tatsächlich kugelsymmetrisch, p-Orbitale hantelförmig, jedes Orbital kann maximal zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin aufnehmen (Pauli-Prinzip), und mit steigender Hauptquantenzahl nimmt die Anzahl der verfügbaren Orbitale zu.