Einfuehrung Atombau Pse

7/21/2019 Einfuehrung Atombau Pse

http://slidepdf.com/reader/full/einfuehrung-atombau-pse 1/43

Zach Christian 2007

AtombauAtombauDie Welt des ganz Kleinen



Zach Christian 2007

Modellvorstellungen alsModellvorstellungen als

VerständnishilfenVerständnishilfenStoffebene Teilchenebene

• Elemente sind

Grundstoffe

• Atome sind

Grundbausteine• Stoffe knnen

elektris!h geladensein

• Atome bestehen ausgeladenenElementarteil!hen

• Elemente reagierenzu Verbindungen inbestimmtenMengenverhältnissen

• Die Atome verbindensi!h in bestimmten"ahlenverhältnissen



Zach Christian 2007

#$%%

%

$%%

&%%%

&$%%

'%%%

DEMOKRIT: „Atomos“, das Atom gedacht als unteilbares Teilchen

EPIKR: „!hem" #indung“

ARI$TOTE%E$: „& Elemente: 'euer, (asser, Erde, %u)t“

*+++ ahre „Kirchen-a.uum“:

('' v) *hr) + &,(' n) *hr)

Aristotelisches (eltbild /ird dogmatisch0bernommen, „Ket1er“ hingerichtet"

DA%TO2: 3" und *" 4erbindungsgeset1

A4O5ADRO: 5ase, Mole.0le

'ARADA6: ele.trische 2atur der Atome

RT7ER'ORD: Treu-ersuche

#O7R8 P%A2!K, 7EI$E2#ER5: Orbitaltheorie

5A$$E2DI, KEP%ER, 5A%I%EI

http://var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/%23Slide%2081






Zach Christian 2007

Ent-i!klung der AtommodelleEnt-i!klung der Atommodelle Atombegriff na!h Demokrit .!a) (%% v) *hr)/0

Das Atom als philosophisch erdachtes „unteilbares“ Teilchen.

Atomtheorie der 1euzeit na!h Dalton .!a)&2%$/0 Atome sind die kleinsten, unteilbaren Teilchen der Elemente.

Kern#34lle#Modell na!h 5utherford .&6%%/0 Atome bestehen aus geladenen Elementarteilchen, der Atomkern istnur 1/1. des Atoms gro!.

Energiestufenmodell na!h 7ohr .!a) &6'%/0Die Atomh"lle besteht aus Elektronen, die nach ihrem

Energiegehalt in Energiestufen eingeteilt #erden k$nnen.

Kugel-olkenmodell

8uantenme!hanis!hes 9rbitalmodell



Zach Christian 2007

Ruther)ord dringt ins Innere ein"""Ruther)ord dringt ins Innere ein"""

5utherford: Ernest: ;ord of 1elson and*ambridge .&2<&#&6(</: britis!her =h>siker: der f4r

seine bahnbre!hende Arbeit in der Kern?h>sik und f4rseine @heorie zur Atomstruktur den 1obel?reis erhielt) Anhand von Strahlungsuntersu!hungen stellte

5utherford seine @heorie der Atomstruktur auf: in der das

Atom erstmalig als di!hterKern mit ihn umkreisendenEle.tronen bes!hrieben-urde)



Zach Christian 2007

Ruther)ords 4ersuchRuther)ords 4ersuch

5adioaktives =rä?arat

;eu!hts!hirm

Goldfolie

5adioaktive Strahlen


http://slidepdf.com/reader/full/einfuehrung-atombau-pse 7/43Zach Christian 2007

(as /9re /enn"""(as /9re /enn"""



(as /9re /enn"""(as /9re /enn"""



Der $treu-ersuchDer $treu-ersuch von Rutherford von Rutherford

Das Kern-Hülle-Modell : Atome bestehen auseinem /in1igen, ositi- geladenen Kern und

einer riesigen, negati- geladenen

Ele.tronenh0lle"



Die #edeutung -on KernteilchenDie #edeutung -on Kernteilchen

Elemente unters!heiden si!h dur!h die "ahl ihrer=rotonen) 1eutronen s?ielen hierbei keine 5olle)

Aufeinander folgende Elemente im =SE besitzenimmer genau ein =roton mehr )

"u edem =roton muss in der S!hale ein Elektron eBistieren) Elektronen bestimmen die !hemis!hen

Eigens!haften eines Elementes)




Ce =roton bentigt man mindestens ein 1eutron:damit der Kern stabil ist)

7is zum Element D%*a gilt0 e =roton genau

ein 1eutron: dana!h -erden es mehr)

7s?)0 E

'(2

6'

'(2 1u # 6' ? F &, n

&, n 0 6' ? F &:,

Mit Ausnahme des Wasserstoffs besitzt edes

Element au!h 1eutronen im Kern)



Der AtomkernDer Atomkern

3 3e ;i 7e 7 * 1 9

%egende:

Protonen

2eutronen

Aufgabe0 entde!ke die Gesetzmäigkeit beim Aufbauen von

KernenH



Isoto?eIsoto?e

3 ;i * 1 9

'3 %:%&$

&3 66:6

(3

,;i <:$

<;i 6':$

&'* 62:6

&(* &:&

&1 66:,

&$1 %:

&,9 66:<

&<9 %:&

&29 %:'

J

1at)

Vor#kom

men

Aufgabe0 entde!ke die Definition: -as Isoto?e sindH

Isoto? & Isoto? & Isoto? & Isoto? & Isoto? &Isoto? ' Isoto? ' Isoto? ' Isoto? ' Isoto? 'Isoto? ( Isoto? ( Isoto? (




Isoto?e unters!heiden si!h dur!h die "ahl ihrer

1eutronen)

Es gibt unters!hiedli!he "ahlen von nat4rli!henstabilen Isoto?en)

Viele Isoto?e sind instabil und zerfallen: indem sieradioaktive Strahlung abgeben)

7s?)0 #"erfall

*&D

,

+

1&D

<; e; e<<



#ohr gliedert die 70lle in $chalen"""#ohr gliedert die 70lle in $chalen"""

1iels 7ohr .&22$#&6,'/: dänis!her=h>siker und 1obel?reisträger: lieferte -i!htige undgrundlegende 7eiträge zur Kern?h>sik so-ie zum

Verständnis des atomaren Aufbaus)

1a!h 7ohr umlaufen die Ele.tronen denKern in vers!hieden groen 7ahnen)

Diese nennt er Ele.tronenschalen und gibt ihnen den 1amen K<$chale: %<$chale,M<$chale: 2<$chale us-)



7e

Die Atomh4lleDie Atomh4lle

3 3e

;i

7 * 1 9

Aufgabe0 zähle e-eils =rotonen und ElektronenH



Das #ohrsche AtommodellDas #ohrsche Atommodell

Atomkern Atomkern

S!hale & .K/

Verbotene "oneVerbotene "one

S!hale ' .;/

S!hale ' .;/

ElektronElektron



Au)bau der Ele.tronenh0lleAu)bau der Ele.tronenh0lle

&) Elektronen kommen in S!halen um den Kern vor)

') In die erste S!hale ?assen z-ei Elektronen: in diez-eite mehr)

() Die "ahl der ?assenden Elektronen erhält man0

'n': -obei n F S!halennummer

nF& ' Elektronen

nF' 2 Elektronen

nF( &2 Elektronen

) Die "ahl der =rotonen und Elektronen ist immerglei!h)

$) Deshalb sind Atome immer neutral)



Die Elektronenh4lle ist inDie Elektronenh4lle ist in

Energiestufen aufgebautEnergiestufen aufgebaut Die Elektronen eines Atoms unters!heiden si!h in der

Entfernung zum Kern und ihrem Energiezustand) Die Elektronen befinden si!h na!h diesem Modell in

bestimmten Energiestufen .na!h 7ohr nennt mandiese au!h LS!halen/)

Die Elektronen der äuersten Energiestufe heien Auenelektronen: sie s?ielen f4r die *hemie die

ents!heidende 5olleH Die Elektronenanordnung lässt si!h aus dem

=eriodens>stem ablesen0 Die 3au?tgru??e ents?ri!htder "ahl der Auenelektronen: die =eriode ents?ri!htder "ahl der Energiestufen)



Die Elemente unterscheiden sichDie Elemente unterscheiden sich

durch die Masse ihrer Atome""""durch die Masse ihrer Atome""""

Al2713

Chem. Symbol

für Aluminium

MZ Massenzahl

27 ( + )

13

-

1!

"Z "r#nun$szahl



und edesund edes =roton))))=roton))))

... kann genau ein Elektron halten!



Wir bauen das Modell f4r Aluminium0Wir bauen das Modell f4r Aluminium0

Al2713

..en%h&l% 27 'uleonen

..#aon sin# 13 *ro%onen #ie ,e 1 le%ron fes%hal%en1! 'uleonen sin# also 'eu%ronen

-

13

1!

-S/hale ma0. 2 e-

-S/hale ma0. e-

M-S/hale also no/h 3 e -

Diese Schale heisst auch

Valenzschale



Zach Christian 2007

EdelgaskonfigurationN 1a a)))EdelgaskonfigurationN 1a a)))

Atome sind dannLzufrieden: -enn sieihre Valenzs!hale mit

2 Elektronen gef4llthaben)

Dies errei!hen sie:indem sie fehlendeElektronen stehlenoder 4berzähligeabgeben)

Die Valenzschale von

Argon ist mit 8 e voll!



Zach Christian 2007

5egel0 2 -äre s!hn)))5egel0 2 -äre s!hn)))

Atome haben das7estreben: ihreäusserste S!hale voll

besetzt zu haben0K#S!hale0 ' e#

;#S!hale0 2 e#

M# S!hale0 2 e#

Dies errei!hen siedur!h 7indungenH

Sauers%offa%om

alenzs/hale4 5 e-

emeinsame"en#tzung

von $e 2 e

D W K l lk d ll



Zach Christian 2007

Der Weg zum Kugel-olkenmodellDer Weg zum Kugel-olkenmodell

Atomkern

Atomrum?f

Kugel-olke: voll besetzt

1

S!hreib-eisen0

Elektronenformel

1LValenzstri!hformel

halb besetztKugel-olke:

7s?)0 ein Sti!kstoffatom 1

Kugel-olkenmodelle der Atome & O ' =eriodeKugel-olkenmodelle der Atome & O ' =eriode



Zach Christian 2007

Kugel-olken einfa!h besetzt

Atomkerne

Kugel-olken do??elt besetzt

Kugel-olkenmodelle der Atome &) O ') =eriodeKugel-olkenmodelle der Atome &) O ') =eriode

K l l. d ll d At



Zach Christian 2007

') =eriode

() =eriode

Kugel/ol.enmodelle der Atome&) =eriode

) =eriode

Atomkerne

äuere 7egrenzung der 34lle

einfa!h besetzt

do??elt besetzt

Kugel-olken

Verhältnisse der Atomradien ≈ korrekt

Kugel/ol.enmodelle der Atome



Zach Christian 2007

') =eriode%i #e

# ! 2 O ' 2e

2a !l() =eriode

Ar

Kugel/ol.enmodelle der Atome&) =eriode

7e7

$

) =eriode

K Atomkerne


einfa!h besetzt

do??elt besetzt

Kugel-olken





Zach Christian 2007

') =eriode%i #e

# ! 2 O ' 2e

2a !l() =eriode

Ar


und %e/is<'ormeln&) =eriode

7e7

$

) =eriode

K

Atomkerne


einfa!h besetzt

do??elt besetzt

;e-is#S!hreib-eise

einfa!h besetzter

Aufenthaltsraum

do??elt besetzte Aufenthaltsräume

Kugel-olken


#aulan der 7autgruenelemente



Zach Christian 2007

') =eriode

() =eriode


%e/is<'ormeln&) =eriode

) =eriode

Atomkerne


einfa!h besetzt

do??elt besetzt

;e-is#S!hreib-eise

einfa!h besetzter

Aufenthaltsraum

do??elt besetzte Aufenthaltsräume

Kugel-olken





Zach Christian 2007


einfa!h besetzt do??elt besetzt


einfa!h besetzter

Aufenthaltsraumdo??elt besetzte Aufenthaltsräume

*erio#e

Gru??e Gru??e Gru??e Gru??e Gru??e Gru??e Gru??e Gru??e

*erio#e

*erio#e

*erio#e



Zach Christian 2007

Vom Atom zum Molek4l)))Vom Atom zum Molek4l)))

"-ei Sauerstoffatomebinden si!h !hemis!hzu einem Mole.0l Sauerstoff)

7eide Atome knnenso zeit-eise 2Elektronen ben4tzen)

Das Mole.0l ist derkleinste @eil einer

VerbindungH

D W h i h 7i dD W h i h 7i d



Zach Christian 2007

Der Weg zur !hemis!hen 7indungDer Weg zur !hemis!hen 7indung

Atom.ern

Atomrum)

Ele.tron

7s?)0 Methan *3



Zach Christian 2007

Der Weg zur !hemis!hen 7indungDer Weg zur !hemis!hen 7indung

Atom.ern

Atomrum)



" S h ib i" S h ib i



Zach Christian 2007

"ur S!hreib-eise"ur S!hreib-eise

1

3

33

Atom.ern

Atomrum)



Valenzstri!hformel

7s?)0 Ammoniak 13(



Zach Christian 2007

Die Do??elbindungDie Do??elbindung

Atom.ern

Atomrum)





Zach Christian 2007

Die Do??elbindungDie Do??elbindung

Atom.ern

Atomrum)


* *




Zach Christian 2007

Die Dreifa!hbindungDie Dreifa!hbindung

Atom.ern

Atomrum)





Zach Christian 2007


Atom.ern

Atomrum)





Zach Christian 2007


Atom.ern

Atomrum)


* *




Zach Christian 2007

Edelgaszustand .9ktettregel/Edelgaszustand .9ktettregel/

Die Edelgase sind reaktionsträge: also!hemis!h stabil: -eil sie keinen 7edarf anzusätzli!hen Elektronen haben) Sie haben

eine volle äuere Energiestufe)Dieser Edelgaszustand der Elektronenh4lle

.Edelgaskonfiguration/ -ird von allen Atomenangestrebt)

In der e-eils äuersten Energiestufe findenzunä!hst a!ht Elektronen =latz) .Ausnahme3elium0 z-ei/)



Zach Christian 2007

Die E1 im =eriodens>stemDie E1 im =eriodens>stem

Pluor hat dieh!hste E1)

Es folgen

Sauerstoff:Sti!kstoff und*hlor)

Allgemein nimmt die E1 im =SE von links untenna!h re!htsoben zu .Ausnahme0Edelmetalle/



IonisierungsenergienIonisierungsenergien

Die äueren Elektronen -erdenunters!hiedli!h stark festgehalten

Ionisierungsenergien der ersten 21 Elemente (in MeV)

hohe Ionisierungs#energien bei denEdelgasen

1iedriege IE bei den Alkalimetallen .I)

3au?tgru??e/ IE nimmt von links

na!h re!hts zu

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