Mit Google fortfahren
Proton: Ladung, Masse und Rolle im Atom
Ein Proton ist ein positiv geladenes Teilchen im Atomkern. Die Zahl der Protonen legt fest, zu welchem chemischen Element ein Atom gehört. Auf dieser Seite lernst du, Protonen von Neutronen und Elektronen zu unterscheiden, Teilchenzahlen zu bestimmen und die Bezeichnung H+ richtig einzuordnen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wo befindet sich das Proton?
Ein Atom besteht im Kern-Hülle-Modell aus einem sehr kleinen Atomkern und einer Elektronenhülle. Protonen und Neutronen befinden sich im Kern. Elektronen gehören zur Hülle.
Nukleon
Protonen und Neutronen heißen zusammen Nukleonen, weil beide Bausteine des Atomkerns sind.
Die drei Teilchen unterscheiden sich vor allem durch ihre Ladung und ihren Ort:
| Teilchen | Ladung | Ort im Atom | Aufbau |
|---|---|---|---|
| Proton | positiv | Atomkern | aus Quarks zusammengesetzt |
| Neutron | neutral | Atomkern | aus Quarks zusammengesetzt |
| Elektron | negativ | Elektronenhülle | Elementarteilchen |
Proton und Neutron sind annähernd gleich schwer. Ein Proton ist dagegen etwa 1836-mal so schwer wie ein Elektron. Deshalb steckt fast die gesamte Masse eines Atoms im Kern.
Warum bestimmt die Protonenzahl das Element?
Jedes Proton trägt eine positive Elementarladung. Ihr Betrag ist etwa $1{,}602 \cdot 10^{-19}\,\mathrm{C}$. Das Formelzeichen C steht für Coulomb, die Einheit der elektrischen Ladung.
Die Anzahl der Protonen im Kern heißt Protonenzahl oder Kernladungszahl. Sie ist die Identitätsnummer eines Elements: Ändert sich die Protonenzahl, handelt es sich um ein anderes Element.
Ein Atomkern enthält 26 Protonen. Seine Kernladungszahl ist daher 26. Die Neutronenzahl verändert diese Zuordnung nicht: Kerne mit 26 Protonen gehören immer zum selben Element.
Bei einem neutralen Atom gleichen sich positive und negative Ladungen aus. Deshalb gilt:
Elektronenzahl = Protonenzahl
Ein Atom mit 26 Protonen besitzt im neutralen Zustand also 26 Elektronen. Bei einem Ion ist die Elektronenzahl dagegen verändert; die Protonenzahl bleibt gleich.
Die Protonenzahl bestimmt das Element. Elektronen können aufgenommen oder abgegeben werden, ohne dass daraus ein anderes Element wird.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Die Anzahl der bestimmt das Element. In einem neutralen Atom ist die Zahl der Elektronen wie die Protonenzahl. Nimmt ein Atom Elektronen auf oder gibt es welche ab, entsteht ein .
Wie groß sind Ladung und Masse?
Die Ruhemasse eines Protons beträgt ungefähr $1{,}673 \cdot 10^{-27}\,\mathrm{kg}$. In der atomaren Masseneinheit u sind es ungefähr $1{,}007\,\mathrm{u}$. Für einfache Aufgaben werden Proton und Neutron deshalb häufig jeweils mit etwa 1 u angesetzt.
Ein Kern enthält 26 Protonen und 30 Neutronen. Im vereinfachten Modell ergibt sich die Massenzahl aus der Anzahl aller Nukleonen:
$$26 + 30 = 56$$
Die Massenzahl ist also 56. Sie ist eine Zählzahl für Protonen und Neutronen, keine genaue Massenmessung in Kilogramm.
Elektronen sind für diese Näherung sehr leicht. Setzt man ihre relative Masse grob mit 0,0005 an, ergeben 26 Elektronen:
$$26 \cdot 0{,}0005 = 0{,}013$$
Gegenüber den 56 Nukleonen ist dieser Beitrag klein. Die Rechnung zeigt zugleich eine wichtige Prüfmethode: Rechne Angaben nach, statt ein Ergebnis ungeprüft zu übernehmen.
Woraus besteht ein Proton?
Ein Proton ist kein Elementarteilchen. Es gehört zu den Hadronen, also zu Teilchen, die aus Quarks zusammengesetzt sind. Genauer besteht ein Proton aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark. Kurz schreibt man uud.
Gluon
Gluonen sind die Träger der starken Wechselwirkung. Sie binden die Quarks im Proton aneinander.
Die Teilladungen der beiden Up-Quarks und des Down-Quarks ergeben zusammen die positive Ladung des Protons. Die Masse des Protons ist nicht einfach nur die Summe der Quark-Restmassen. Einen großen Beitrag liefern die starke Wechselwirkung sowie die Bewegung von Quarks und Gluonen.
Das Proton hat den Spin 1/2. Diese Quanteneigenschaft gehört zur Beschreibung des Teilchens; sie bedeutet nicht, dass das Proton wie ein kleiner Ball eine halbe Drehung ausführt.
Ein spontaner Zerfall eines freien Protons wurde bisher nicht beobachtet. Deshalb gilt das Proton nach heutigem Maßstab als stabil. Theoretische Vorhersagen und experimentelle Untergrenzen seiner Lebensdauer sind nicht dasselbe und dürfen nicht miteinander verwechselt werden.
Ist ein Proton dasselbe wie H+?
Nur in einem bestimmten Zusammenhang. Der Kern des häufigsten Wasserstoffatoms besteht aus genau einem Proton. Entfernt man dem neutralen Wasserstoffatom sein einziges Elektron, bleibt H+ zurück. In diesem kernphysikalischen Sinn entspricht H+ praktisch einem Proton.
Ein neutrales Wasserstoffatom ist dagegen mehr als ein Proton: Es besitzt zusätzlich ein Elektron. In einer wässrigen Lösung wird H+ außerdem als Hydronium-Ion H3O+ beschrieben. Deshalb solltest du immer auf den Zusammenhang achten.
| Ausdruck | Gemeint ist |
|---|---|
| Proton | positiv geladenes, aus Quarks aufgebautes Teilchen |
| Wasserstoffkern des häufigsten Isotops | ein einzelnes Proton |
| neutrales Wasserstoffatom | ein Proton und ein Elektron |
H+ | Wasserstoff ohne Elektron; je nach Zusammenhang als Proton bezeichnet |
Proton, Wasserstoffkern und H+ können dasselbe Teilchen meinen, aber die Begriffe beschreiben unterschiedliche Zusammenhänge. Ein neutrales Wasserstoffatom enthält zusätzlich ein Elektron.
Karteikasten
Rufe die Antwort erst aus dem Gedächtnis ab und drehe dann die Karte um.
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Proton
- Ort: Atomkern
- Ladung: positiv
- Masse: ungefähr 1 u
- Elementidentität: Protonenzahl
- Aufbau: zwei Up- und ein Down-Quark
- Vergleich: Neutron neutral, Elektron negativ
- Wasserstoff: häufigster Kern ist ein Proton
Die wichtigste Beziehung lautet: Protonenzahl → Kernladungszahl → chemisches Element. Bei einem neutralen Atom folgt daraus zusätzlich die gleiche Zahl an Elektronen.
Abschluss-Check
Kannst du bei jeder Aussage zuerst zwischen Ort, Ladung, Teilchenzahl und innerem Aufbau unterscheiden? Dann kannst du die meisten Verwechslungen rund um das Proton gezielt auflösen.