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Zach Christian 2007 Atombau Die Welt des ganz Kleinen.

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Präsentation zum Thema: "Zach Christian 2007 Atombau Die Welt des ganz Kleinen."—  Präsentation transkript:

1 Zach Christian 2007 Atombau Die Welt des ganz Kleinen

2 Zach Christian 2007 Modellvorstellungen als Verständnishilfen StoffebeneTeilchenebene Elemente sind Grundstoffe Atome sind Grundbausteine Stoffe können elektrisch geladen sein Atome bestehen aus geladenen Elementarteilchen Elemente reagieren zu Verbindungen in bestimmten Mengenverhältnissen Die Atome verbinden sich in bestimmten Zahlenverhältnissen

3 Zach Christian DEMOKRIT: Atomos, das Atom gedacht als unteilbares TeilchenAtomos EPIKUR: Chem. BindungChem. Bindung ARISTOTELES: 4 Elemente: Feuer, Wasser, Erde, Luft 2000 Jahre Kirchenvakuum: 322 v. Chr. – 1632 n. Chr. Aristotelisches Weltbild wird dogmatisch übernommen, Ketzer hingerichtet. DALTON: 1. und 2. Verbindungsgesetz AVOGADRO: Gase, Moleküle FARADAY: elektrische Natur der Atome RUTHERFORD: Treuversuche BOHR; PLANCK, HEISENBERG: Orbitaltheorie GASSENDI, KEPLER, GALILEI

4 Zach Christian 2007 Entwicklung der Atommodelle Atombegriff nach Demokrit (ca. 300 v. Chr.): Das Atom als philosophisch erdachtes unteilbares Teilchen. Atomtheorie der Neuzeit nach Dalton (ca.1805): Atome sind die kleinsten, unteilbaren Teilchen der Elemente. Kern-Hülle-Modell nach Rutherford (1900): Atome bestehen aus geladenen Elementarteilchen, der Atomkern ist nur 1/ des Atoms groß. Energiestufenmodell nach Bohr (ca. 1920): Die Atomhülle besteht aus Elektronen, die nach ihrem Energiegehalt in Energiestufen eingeteilt werden können. Kugelwolkenmodell quantenmechanisches Orbitalmodell

5 Zach Christian 2007 Rutherford dringt ins Innere ein... Rutherford, Ernest, Lord of Nelson and Cambridge ( ), britischer Physiker, der für seine bahnbrechende Arbeit in der Kernphysik und für seine Theorie zur Atomstruktur den Nobelpreis erhielt. Anhand von Strahlungsuntersuchungen stellte Rutherford seine Theorie der Atomstruktur auf, in der das Atom erstmalig als dichter Kern mit ihn umkreisenden Elektronen beschrieben wurde.

6 Zach Christian 2007 Rutherfords Versuch Radioaktives Präparat Leuchtschirm Goldfolie Radioaktive Strahlen

7 Zach Christian 2007 Was wäre wenn...

8 Zach Christian 2007 Was wäre wenn...

9 Zach Christian 2007 Der Streuversuch von Rutherford Das Kern-Hülle-Modell: Atome bestehen aus einem winzigen, positiv geladenen Kern und einer riesigen, negativ geladenen Elektronenhülle.

10 Zach Christian 2007 Die Bedeutung von Kernteilchen Elemente unterscheiden sich durch die Zahl ihrer Protonen. Neutronen spielen hierbei keine Rolle. Aufeinander folgende Elemente im PSE besitzen immer genau ein Proton mehr. Zu jedem Proton muss in der Schale ein Elektron existieren. Elektronen bestimmen die chemischen Eigenschaften eines Elementes.

11 Zach Christian 2007 Die Bedeutung von Kernteilchen Je Proton benötigt man mindestens ein Neutron, damit der Kern stabil ist. Bis zum Element 40 Ca gilt: je Proton genau ein Neutron, danach werden es mehr. Bsp.: 238 Nu - 92 p = 146 n 146 n : 92 p = 1,6 Mit Ausnahme des Wasserstoffs besitzt jedes Element auch Neutronen im Kern.

12 Zach Christian 2007 Der Atomkern HHeLiBeBCN O Legende: Protonen Neutronen Aufgabe: entdecke die Gesetzmäßigkeit beim Aufbauen von Kernen!

13 Zach Christian 2007 Isotope HLiCNO 2 H 0,015 1 H 99,9 3H3H 6 Li 7,5 7 Li 92,5 12 C 98,9 13 C 1,1 14 N 99,6 15 N 0,4 16 O 99,7 17 O 0,1 18 O 0,2 % Nat. Vor- kom men Aufgabe: entdecke die Definition, was Isotope sind! Isotop 1 Isotop 2 Isotop 3

14 Zach Christian 2007 Die Bedeutung von Kernteilchen Isotope unterscheiden sich durch die Zahl ihrer Neutronen. Es gibt unterschiedliche Zahlen von natürlichen stabilen Isotopen. Viele Isotope sind instabil und zerfallen, indem sie radioaktive Strahlung abgeben. Bsp.: β-Zerfall + e -

15 Zach Christian 2007 Bohr gliedert die Hülle in Schalen... Niels Bohr ( ), dänischer Physiker und Nobelpreisträger, lieferte wichtige und grundlegende Beiträge zur Kernphysik sowie zum Verständnis des atomaren Aufbaus. Nach Bohr umlaufen die Elektronen den Kern in verschieden großen Bahnen. Diese nennt er Elektronenschalen und gibt ihnen den Namen K-Schale, L-Schale, M-Schale, N-Schale usw.

16 Zach Christian 2007 Be Die Atomhülle H He Li BCNO Aufgabe: zähle jeweils Protonen und Elektronen!

17 Zach Christian 2007 Das Bohrsche Atommodell Atomkern Schale 1 (K) Verbotene Zone Schale 2 (L) Elektron

18 Zach Christian 2007 Aufbau der Elektronenhülle 1. Elektronen kommen in Schalen um den Kern vor. 2. In die erste Schale passen zwei Elektronen, in die zweite mehr. 3. Die Zahl der passenden Elektronen erhält man: 2n 2, wobei n = Schalennummer n=1 2 Elektronen n=2 8 Elektronen n=3 18 Elektronen 4. Die Zahl der Protonen und Elektronen ist immer gleich. 5. Deshalb sind Atome immer neutral.

19 Zach Christian 2007 Die Elektronenhülle ist in Energiestufen aufgebaut Die Elektronen eines Atoms unterscheiden sich in der Entfernung zum Kern und ihrem Energiezustand. Die Elektronen befinden sich nach diesem Modell in bestimmten Energiestufen (nach Bohr nennt man diese auch Schalen). Die Elektronen der äußersten Energiestufe heißen Außenelektronen, sie spielen für die Chemie die entscheidende Rolle! Die Elektronenanordnung lässt sich aus dem Periodensystem ablesen: Die Hauptgruppe entspricht der Zahl der Außenelektronen, die Periode entspricht der Zahl der Energiestufen.

20 Zach Christian 2007 Die Elemente unterscheiden sich durch die Masse ihrer Atome.... Chem. Symbol für Aluminium MZ Massenzahl 27 ( + ) 13 - = 14 OZ Ordnungszahl

21 Zach Christian 2007 und jedes Proton kann genau ein Elektron halten!

22 Zach Christian 2007 Wir bauen das Modell für Aluminium:..enthält 27 Nukleonen..davon sind 13 Protonen, die je 1 Elektron festhalten 14 Nukleonen sind also Neutronen K-Schale max. 2 e - L-Schale max. 8 e - M-Schale also noch 3 e - Diese Schale heisst auch Valenzschale

23 Zach Christian 2007 Edelgaskonfiguration? Na ja... Atome sind dann zufrieden, wenn sie ihre Valenzschale mit 8 Elektronen gefüllt haben. Dies erreichen sie, indem sie fehlende Elektronen stehlen oder überzählige abgeben. Die Valenzschale von Argon ist mit 8 e - voll!

24 Zach Christian 2007 Regel: 8 wäre schön... Atome haben das Bestreben, ihre äusserste Schale voll besetzt zu haben: K-Schale: 2 e - L-Schale: 8 e - M- Schale: 8 e - Dies erreichen sie durch Bindungen! Sauerstoffatom Valenzschale: 6 e - Gemeinsame Benützung von je 2 e -

25 Zach Christian 2007 Der Weg zum Kugelwolkenmodell Atomkern Atomrumpf Kugelwolke, voll besetzt N Schreibweisen: Elektronenformel N Valenzstrichformel halb besetzt Kugelwolke, Bsp.: ein Stickstoffatom N

26 Zach Christian 2007 Kugelwolken einfach besetzt Atomkerne Kugelwolken doppelt besetzt Kugelwolkenmodelle der Atome 1. & 2. Periode

27 Zach Christian Periode 3. Periode Kugelwolkenmodelle der Atome 1. Periode 4. Periode Atomkerne äußere Begrenzung der Hülle einfach besetzt doppelt besetzt Kugelwolken Verhältnisse der Atomradien korrekt

28 Zach Christian Periode Li Be B C N O F Ne Na Cl 3. Periode Ar Kugelwolkenmodelle der Atome 1. Periode HeH S 4. Periode K Atomkerne äußere Begrenzung der Hülle einfach besetzt doppelt besetzt Kugelwolken Verhältnisse der Atomradien korrekt

29 Zach Christian Periode Li Be B C N O F Ne Na Cl 3. Periode Ar Kugelwolkenmodelle der Atome und Lewis-Formeln 1. Periode HeH S 4. Periode K Atomkerne äußere Begrenzung der Hülle einfach besetzt doppelt besetzt Lewis-Schreibweise einfach besetzter Aufenthaltsraum doppelt besetzte Aufenthaltsräume Kugelwolken Verhältnisse der Atomradien korrekt

30 Zach Christian Periode 3. Periode Bauplan der Hauptgruppenelemente Lewis-Formeln 1. Periode 4. Periode Atomkerne äußere Begrenzung der Hülle einfach besetzt doppelt besetzt Lewis-Schreibweise einfach besetzter Aufenthaltsraum doppelt besetzte Aufenthaltsräume Kugelwolken Verhältnisse der Atomradien korrekt

31 Zach Christian 2007 Bauplan der Hauptgruppenelemente einfach besetzt doppelt besetzt äußere Begrenzung der Hülle einfach besetzter Aufenthaltsraum doppelt besetzte Aufenthaltsräume Periode Gruppe Periode

32 Zach Christian 2007 Vom Atom zum Molekül... Zwei Sauerstoffatome binden sich chemisch zu einem Molekül Sauerstoff. Beide Atome können so zeitweise 8 Elektronen benützen. Das Molekül ist der kleinste Teil einer Verbindung!

33 Zach Christian 2007 Der Weg zur chemischen Bindung Atomkern Atomrumpf Elektron Bsp.: Methan CH 4

34 Zach Christian 2007 Der Weg zur chemischen Bindung Atomkern Atomrumpf Kugelwolke, voll besetzt halb besetzt Kugelwolke,

35 Zach Christian 2007 Zur Schreibweise N H H H Atomkern Atomrumpf Kugelwolke, voll besetzt halb besetzt Kugelwolke, Valenzstrichformel Bsp.: Ammoniak NH 3

36 Zach Christian 2007 Die Doppelbindung Atomkern Atomrumpf halb besetzt Kugelwolke, Kugelwolke, voll besetzt

37 Zach Christian 2007 Die Doppelbindung Atomkern Atomrumpf halb besetzt Kugelwolke, CC Kugelwolke, voll besetzt

38 Zach Christian 2007 Die Dreifachbindung Atomkern Atomrumpf halb besetzt Kugelwolke, Kugelwolke, voll besetzt

39 Zach Christian 2007 Die Dreifachbindung Atomkern Atomrumpf halb besetzt Kugelwolke, Kugelwolke, voll besetzt

40 Zach Christian 2007 Die Dreifachbindung Atomkern Atomrumpf halb besetzt Kugelwolke, CC Kugelwolke, voll besetzt

41 Zach Christian 2007 Edelgaszustand (Oktettregel) Die Edelgase sind reaktionsträge, also chemisch stabil, weil sie keinen Bedarf an zusätzlichen Elektronen haben. Sie haben eine volle äußere Energiestufe. Dieser Edelgaszustand der Elektronenhülle (Edelgaskonfiguration) wird von allen Atomen angestrebt. In der jeweils äußersten Energiestufe finden zunächst acht Elektronen Platz. (Ausnahme Helium: zwei).

42 Zach Christian 2007 Die EN im Periodensystem Fluor hat die höchste EN. Es folgen Sauerstoff, Stickstoff und Chlor. Allgemein nimmt die EN im PSE von links unten nach rechts oben zu (Ausnahme: Edelmetalle)

43 Zach Christian 2007 Ionisierungsenergien Die äußeren Elektronen werden unterschiedlich stark festgehalten Ionisierungsenergien der ersten 21 Elemente (in MeV) hohe Ionisierungs- energien bei den Edelgasen Niedriege IE bei den Alkalimetallen (I. Hauptgruppe) IE nimmt von links nach rechts zu


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