Die Welt des ganz Kleinen Atombau Die Welt des ganz Kleinen Grundlagen Chemie 14.11.2018

Vorstellungen über den Bau der Materie Demokrit denkt sich das Unteilbare, das Atom Dalton entwirft ein Atommodell Rutherford formuliert das Kern-Hüllenmodell Bohr spricht von Elektronenschalen Kimball postuliert Elektronenwolken Schrödinger und Heisenberg entdecken Orbitale ... Jedes Modell erklärt auf seine Weise Naturerscheinungen, aber noch niemand hat je ein Atom sehen können! Grundlagen Chemie 14.11.2018

Unsere Ziele: Wir wollen vor allem mit den Atommodellen von Bohr und Kimball umgehen können. Mit Hilfe dieser Modelle können wir einfache Bindungen, wie z.B. Wasser, erklären Wir können einfache Bindungen mit Mol- und mit Strukturformeln darstellen. Grundlagen Chemie 14.11.2018

Gedankenexperimente... Der griechische Philosoph Demokrit überlegte sich: Wenn ich eine Stoffprobe halbiere und dann wieder halbiere und wieder halbiere und so fort, so gelange ich zu einem kleinsten, nicht mehr teilbaren Teilchen. Alle Stoffe müssen aus solchen unteilbaren Atomen bestehen ... und das vor fast 2400 Jahren! Grundlagen Chemie 14.11.2018

John Dalton‘s Entdeckung... Dalton, John (1766-1844), britischer Chemiker und Physiker, entwickelte die Atomtheorie, auf der die moderne physikalische Wissenschaft beruht. Dalton wurde 1766 in Eaglesfield als Sohn eines Webers geboren. Unterricht erhielt er von seinem Vater. Dalton stellte sich die Atome als kleinste Kugeln verschiedener Grösse vor. Je nach Atomgewicht gehören diese Kugeln verschiedenen Elementen an. Elemente sind die Grundbaustoffe, aus denen alle Materie besteht: Grundlagen Chemie 14.11.2018

Rutherford dringt ins Innere ein... Rutherford, Ernest, Lord of Nelson and Cambridge (1871-1937), 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. Grundlagen Chemie 14.11.2018

Bohr gliedert die Hülle in Schalen... Niels Bohr (1885-1962), 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. Grundlagen Chemie 14.11.2018

Bohr‘sches Atommodell... Neutronen elektrisch neutral Protonen positiv geladen Atomkern Atomhülle Grundlagen Chemie 14.11.2018

Bohr‘sches Atommodell... K-Schale Atomkern Atomhülle Protonen positiv geladen Neutronen elektrisch neutral Elektronen negativ geladen L-Schale M-Schale Grundlagen Chemie 14.11.2018

Bohr‘sches Atommodell... Merke dir folgende Begriffe rund um das Atommodell: Name Symbol Ladung Schalenname Anordnung Proton positiv Machen fast das gesamte Gewicht des Atoms aus! Neutron neutral Elektron negativ K-Schale max. 2 L-Schale max. 8 M-Schale max. 18 Atomkern Nukleonen Atomhülle Grundlagen Chemie 14.11.2018

Bohr‘sches Atommodell... Jede Schale kann nur eine ganz bestimmte, höchste Anzahl Elektronen aufnehmen. Diese Elektronenzahl lässt sich sehr einfach berechnen: Maximale E-Zahl = 2 * (Schalennummer) 2 Schale Schalennummer Formel max. Elektronenzahl K 1. Schale = 2 * 1 2 = 2 Elektronen L 2. Schale = 2 * 2 2 = 8 Elektronen M 3. Schale = 2 * 3 2 = 18 Elektronen N 4. Schale = 2 * 4 2 = 32 Elektronen O 5. Schale = 2 * 5 2 = 50 Elektronen P 6. Schale = 2 * 6 2 = 72 Elektronen Q 7. Schale = 2 * 7 2 = 98 Elektronen Grundlagen Chemie 14.11.2018

Die Elemente unterscheiden sich durch die Masse ihrer Atome.... MZ Massenzahl 27 ( + ) - Chem. Symbol für Aluminium 13 = 14 OZ Ordnungszahl Grundlagen Chemie 14.11.2018

... kann genau ein Elektron halten! und jedes Proton.... ... kann genau ein Elektron halten! Grundlagen Chemie 14.11.2018

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- 13 14 L-Schale max. 8 e- M-Schale also noch 3 e - Diese Schale heisst auch Valenzschale Grundlagen Chemie 14.11.2018

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! Grundlagen Chemie 14.11.2018

Hückel-Regel: 8 wäre schön... Sauerstoffatom Valenzschale: 6 e- 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! Gemeinsame Benützung von je 2 e - Grundlagen Chemie 14.11.2018

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! Grundlagen Chemie 14.11.2018

1 Atom O + 1 Atom O  1 Molekül O2 Molformel, was ist das? 1 Atom O + 1 Atom O  1 Molekül O2 O + O  O2 Die tiefgestellte 2 bedeutet, dass das Molekül aus 2 Sauerstoffatomen besteht! MOLFORMEL Grundlagen Chemie 14.11.2018

Molformel, wie geht das jetzt? Was passiert, wenn du Kohle verbrennst? Also: Für jede Verbrennung (Oxidation) braucht es Sauerstoff. Kohle und Sauerstoff verbrennen zu Kohlendioxid. Kurz: Kohle + Sauerstoff  Kohlendioxid Beteiligte Stoffe:  ???? K-Schale: 2 e- 2 e - Valenzschale: 4 e- 6 e- Hückel-Regel: 8 wäre schön... Fehlende e- 4 e- 2 e- * 2 Reaktionsschema: C + O2  CO2 Molformeln für Sauerstoff- und Kohlendioxidmoleküle Grundlagen Chemie 14.11.2018

Wie habe ich mir CO2 nach Bohr vorzustellen? 1 Atom Kohlenstoff und 2 Atome Sauerstoff bilden zusammen 1 Molekül Kohlendioxid Kohlenstoff möchte 2 x 2 e- vom Sauerstoff Sauerstoff möchte je 2 e- vom Kohlenstoff Sauerstoff Sauerstoff Kohlenstoff Grundlagen Chemie 14.11.2018

Wie sehen die Bindungen in CO2 vereinfacht aus? Ein Molekül nach Bohr zu zeichnen gibt recht viel Arbeit! Wir vereinfachen, indem wir nur noch die Bindungen darstellen (Strukturformel): O O C Grundlagen Chemie 14.11.2018

Bindungen haben einen Namen: Beispiel Mol-formel Strukturformel Bindungsart Kohlendioxid CO2 Doppel-bindung Wasserstoffmolekül H2 H H Einfach-bindung Stickstoffmolekül N2 N N Dreifach-bindung O C Alle drei sind Atombindungen! Grundlagen Chemie 14.11.2018

Zusammenfassung Der Chemiker beschäftigt sich in erster Linie mit den Valenzelektronen. Atommodelle helfen uns, Reaktionen zwischen Stoffen und deren Bindungen zu verstehen. Dalton und Bohr wurden hier vorgestellt. Wir arbeiten mit Mol- und Strukturformeln und sprechen von folgenden Atombindungen: Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen Grundlagen Chemie 14.11.2018

Einschränkung Das Bohr‘sche Atommodell erklärt nicht alles! Im Lernselbst ist eine erweiterte Lerneinheit zum Download bereit. (Rund 800MByte). Sie eignet sich für Interessierte, INL Wahlfachteilnehmer und Gymnasiasten. Sie vereinfacht das neue Modell zur Kurzschreibweise nach Kimball Die Strukturformeln bekommen eine Bindungsrichtung Das Bohr‘sche Atommodell erklärt nicht alles! Für einfache Moleküle genügt es hinreichend Bindungswinkel werden hingegen nicht berücksichtigt. Von E. Meli der MPSO-Berg zur Verfügung gestellt. merci Grundlagen Chemie 14.11.2018

Wasser-stoff-molekül Ausblick: Das Wissen um Bohr und Kimball ist wichtig. Mit Hilfe der Ordnungszahlen lassen sich die Bindungszahlen ermitteln und daraus die Strukturformeln der Moleküle: N H H H NH3 III I H Ammo-niak O=C=O CO2 II O IV C Kohlen-dioxid H2O Wasser O = O O2 Sauer-stoff-molekül H-H H2 Wasser-stoff-molekül Struktur-formel Mol formel BindungsZ Stoff 2 Stoff 2 BindungsZ Stoff 1 Stoff 1 Stoffname Grundlagen Chemie 14.11.2018