Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie

Präsentation zum Thema: "Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie"—  Präsentation transkript:

1 Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie
2-1 Aufbau der Atome Atommodelle

2 Aufbau der Atome - Atommodelle
In jedem Atom ist die Anzahl der negativ geladenen Elektronen in der Hülle gleich der Anzahl der positiven Ladungen im Atomkern. Quelle: sps-Lehrgang.de Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

3 Aufbau der Atome - Atommodelle
Im folgenden Bild sind die Energieniveaus (Energiestufen) dargestellt, auf denen sich die Elektronen innerhalb eines Atoms befinden können. P O N M L K 6 5 4 3 2 1 Quelle: ahoefler.de Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

4 Aufbau der Atome - Atommodelle
Die Anzahl der Elektronen, mit der die einzelnen Energieniveaus maximal besetzt sein können beträgt: 2 ∙ n2 Wobei n die Nummer des Energieniveaus ist. Die Energieniveaus werden, mit der niedrigsten beginnend, nummeriert (aber auch mit den Buchstaben K bis Q) bezeichnet. Die maximale Besetzung der ersten vier Energieniveaus beträgt: 2 ∙ 12 = 2 Elektronen 2 ∙ 22 = 8 Elektronen 2 ∙ 32 = 18 Elektronen 2 ∙ 42 = 32 Elektronen Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

5 Aufbau der Atome - Atommodelle
Einwände gegen das Bohrsche Atommodell: Pauli: Jedes Elektron in jedem Atom hat seine spezifische Energie. In einem Atom dürfen keine zwei Elektronen die gleichen Energiegehalte haben. Heisenberg: Unschärfe-Beziehung: Man kann nicht gleichzeitig Ort und Geschwindigkeit eines Elektrons bestimmen! Pierre Curie: Der Curiepunkt ist die Temperatur bei der sich der Magnetismus eines Elementes ändert. Der Curiepunkt ist eine spezifische Größe Die Magnetfelder entstehen durch die Eigenrotation (Spin) des Elektron Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

6 Aufbau der Atome - Atommodelle
Die neueren quantenmechanischen bzw. wellenmechanischen Modellvorstellungen über den Aufbau der Elektronenhülle der Atome gehen davon aus, daß für das einzelne Elektron keine bestimmte Bahn angegeben werden kann, sondern lediglich der Raum, in den es sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit befindet. Dieser Raum wird als Orbital bezeichnet. Ein Orbital ist der Raum in dem sich ein Elektron mit 90% Wahrscheinlichkeit aufhält. der 90 % der Ladungsdichte des Elektrons umfasst Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

7 Aufbau der Atome - Atommodelle
Jedes Orbital vermag zwei Elektronen aufzunehmen Die kugelförmigen Orbitale werden als s-Orbitale, die darin befindlichen Elektronen als s-Elektronen bezeichnet. das s-Orbital des 1. Energieniveaus als 1s-Orbital, das s-Orbital des 2. Energieniveaus als 2s-Orbital, das s-Orbital des 3. Energieniveaus als 3s-Orbital, das s-Orbital des 4. Energieniveaus als 4s-Orbital usw. Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

8 Aufbau der Atome - Atommodelle
Die p-Elektronen: Diese rotationssymmetrischen Orbitale werden als p-Orbitale, die darin befindlichen Elektronen als p-Elektronen bezeichnet. Quelle: viamedici.thieme.de Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

9 Aufbau der Atome - Atommodelle
Jedes p-Orbital kann zwei Elektronen aufnehmen. Diese besetzten beide Hälften des Orbitals gemeinsam. Auf jedem Energieniveau gibt es drei p-Orbitale und demnach 6 p-Elektronen. Die drei p-Orbitale eines Energieniveaus unterscheiden sich voneinander durch ihre räumliche Anordnung. Ihre Achsen stehen senkrecht aufeinander. Diese drei Achsen werden mit px, py und pz bezeichnet. Ab des 3. Energieniveau treten fünf weitere Orbitale hinzu (d-Orbitale). Ab den 4 .Energieniveau treten sieben weitere Orbitale hinzu (f-Orbitale). Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

10 Aufbau der Atome - Atommodelle
Beispiele für die Untergliederung der p-Orbitale 2. Energieniveau Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

11 Aufbau der Atome - Atommodelle
Beispiele für die Untergliederung der Orbitale, 3. Energieniveau: Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

12 Aufbau der Atome - Atommodelle
Aufbau der Elektronenhülle: Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

13 Aufbau der Atome - Atommodelle
Andere Darstellungsweise: Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

14 Aufbau der Atome - Atommodelle
Aufspaltung der Hauptenergieniveaus in Nebenenergieniveaus: 4f 4d 4p 3d 4s 3p 3s 2p 2s 1s N M L K 4 3 2 1 Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

15 Aufbau der Atome - Atommodelle
Innerhalb eines Atoms stimmen niemals zwei Elektronen in allen vier Quantenzahlen überein. Jedes neu hinzukommende Elektron nimmt das niedrigste freie Energieniveau ein. So ergibt sich folgende Reihenfolge in der Besetzung der Orbitale: 1 s 2 s 2p 3 s 4 s 3d 4 p Bei der Elektronenbesetzung der Hauptenergieniveaus treten stabile Zwischenzustände auf, sobald die volle Besetzung der Nebenernergieniveaus s, p, d und f erreicht ist. Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

16 Aufbau der Atome - Atommodelle
Von den Orbitalen, die um gleichen Nebenenergieniveau gehören, erhält zunächst jedes Orbital ein Elektron, bevor mit der vollen Besetzung dieser Orbitale durch ein zweites Elektron begonnen wird. Auf dem höchsten Hauptenergieniveau befinden sich nie mehr als acht Elektronen. Die Elektronen des jeweils höchsten Hauptenergieniveaus (der äußersten Elektronenschale) werden als Außenelektronen bezeichnet. Die Anzahl der Außenelektronen bestimmt weitgehend die chemischen Eigenschaften eines Elements. Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1

17 Aufbau der Atome - Atommodelle
Literaturquellen: Es wurde als Quellen verwendet: Übernommen aus: Nachschlagebücher für Grundlagenfächer Chemie, Schröter, Lautenschläger, VEB Fachbuchverlag Leipzig Chemie, Hans Rudolf Christen, Verlag Sauerländer Kurzes Lehrbuch der anorganischen und allgemeinen Chemie, J. Fenner und H Siegers, Springer Verlag Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 2-1