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Nukleone
- sind Kernbausteine und Kern (des Atomkerns) => Protonen und Neutronen
Isotope
Atome mit gleicher Protonen- aber unterschiedlicher Neutronenanzahl
Kernladungszahl/ Ordnungszahl
- Anzahl der Protonen im Atomkern
- ist in neutralen Atomen iden tisch mit der Anzahl der Elektronen in der Elektronenhülle
Massenzahl
gesamte Nukleonenanzahl
Elektronendichte
- Wellenfunktion bzw. Orbitale beschreiben räumliche Verteilung der Elektronen => deuten an, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein ELektron an einem bestimmten Ort anzutreffen ist
- hohe Elektronendichte ist immer dort zu erwarten, wo sich ein Elektron besonders häufig aufhält
Entartete Orbitale
- Orbitale, die zur gleichen Energiestufe gehören und denselben Typ haben, nennt man “entartet”. Das bedeutet, sie haben die gleiche Energie. Ein Beispiel sind die drei p-Orbitale (pxpx, pypy, pzpz) innerhalb einer Energieniveauschale, oder die fünf d-Orbitale in einer d-Schale.
- Diese Orbitale sind gleichwertig in ihrer Energie und unterscheiden sich nur in ihrer räumlichen Ausrichtung
Hund’sche Regel
Entartete – also energetisch gleichwertige – Orbitale
gleichen Typs werden so besetzt, dass sich die maximale Anzahl ungepaarter Elektronen gleichen Spins ergibt.
- Entartete Orbitale:
Orbitale, die zur gleichen Energiestufe gehören und denselben Typ haben, nennt man “entartet”. Das bedeutet, sie haben die gleiche Energie. Ein Beispiel sind die drei p-Orbitale (px, py, pz) innerhalb einer Energieniveauschale, oder die fünf d-Orbitale in einer d-Schale.
Diese Orbitale sind gleichwertig in ihrer Energie und unterscheiden sich nur in ihrer räumlichen Ausrichtung. - Maximale Anzahl ungepaarter Elektronen:
Laut der Hund’schen Regel werden entartete Orbitale so besetzt, dass die Anzahl der ungepaarten Elektronen maximiert wird, bevor Elektronen sich in einem Orbital paaren.
Wenn zum Beispiel drei p-Orbitale zur Verfügung stehen und drei Elektronen verteilt werden müssen, wird jedes Elektron ein separates Orbital besetzen. Dadurch bleibt jedes Elektron ungepaart und maximiert die Anzahl ungepaarter Elektronen. - Gleicher Spin:
Zusätzlich haben alle ungepaarten Elektronen den gleichen Spin. Das bedeutet, dass alle ungepaarten Elektronen im gleichen Zustand, also entweder „aufwärts“ oder „abwärts“, gedreht sind.
Dies führt zu einem Zustand, in dem die Elektronen in den entarteten Orbitalen denselben Spin haben, was energetisch günstiger ist.
Energieprinzip
Die Orbitale eines Atoms in seinem Grundzustand werden in der Reihenfolge ihrer Energien mit Elektronen besetzt. Das energieärmste Orbital (1s-Orbital) wird zuerst besetzt
Pauli-Prinzip
- jedes Orbital kann maximal zwei Elektronen aufnehmen
- zwei Elektronen eines Atoms dürfen nicht in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen => müssen sich mindestens in Spinnquantenzahl unterscheiden
Kovalenzradius
ist definiert als der halbe Abstand zwischen den
Kernen zweier Atome desselben Elements in einer kovalenten Bindung (z.B. Cl2-Molekül)
Atomradius
- Elektronen bestimmen Atomradius
- Problem: Aufenthaltsort der Elektronen nur unter Wahrscheinlichkeitsaspekt defniert => keine schrafe Grenzen des Atoms
- verschiedene Atomradius Definitionen
- eine davon ist Kovalenzradius
Abschirmung
bezeichnet den Effekt, dass innere Elektronen die Anziehungskraft des Atomkerns auf die äußeren (Valenz-)Elektronen teilweise verringern. Die inneren Elektronen wirken wie eine “Barriere” zwischen dem Kern und den Valenzelektronen, sodass die äußeren Elektronen nur eine reduzierte effektive Kernladung (ZeffZeff) spüren. Dadurch ist die tatsächliche Anziehungskraft des Kerns auf die Valenzelektronen geringer als die volle Kernladungszahl, was den Atomradius vergrößert.
Ionisierungsenergie
DEFINITION:
- ist die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron von einem Atom oder Ion im gasförimgen Zustand zu entfernen und es in ein einfach positiv geladenes Ion zu überführen
EIGENSCHAFTEN:
- hängt von der Kernladung und der Elektronenkonfiguration ab
- in einer Periode steigt die Ioniesierungsenergie von links nach rechts an, da die effektive Kernladung zunimmt und die Elektronen stärker angezogen werden
- innerhalb einer Gruppe sinkt die Ionisierungsenergie von oben nach unten, da die Elektronen weiter vom Kern entfernt sind und schwächer gebunden werden
ANWENDUNG:
- hilft zu verstehen, wie leicht ein Atom ein Elektron abgibt und damit ein Ion bildet
Gitterenergie
DEFINITION:
- wird frei, wenn sich Ionen aus unedlicher Entfernung annähern und zu einem Ionenkristall ordnen
- Grundlage ist Coulomb-Energie und Born-Abstoßung
EIGENSCHAFTEN:
- hängt von Ladung der Ionen ab und ihrem Abstand (Ionenradius) = > je höher die Ladung und je kleiner die Ionen, desto stärker ist die Anziehungskraft und desto höher ist die Gitterenergie
- ist ein Maß für die Stabilität eines Ionenkristalls => hohe Gitterenergie bedeutet, dass der Kristall stabil ist, weil die Ionen fest gebunden sind
ANWENDUNG:
- erklärt Schmwlzpunkte, Härte und Löslichkeit von Ionenkristallen
Ionengitter
- ionische Bindung beruht auf elektrostatischer Anziehung entgegengesetzt geladener Ionen
- Bindungskräfte sind ungerichtet => wirken in alle Raumrichtungen gleichermaßen
- möglichst dichte Anordnung der kugelförmigen Ionen, da energetisch günstig
- Kationen liegen in den Lücken der Anionen
- jedes Ion wird so nahe wie möglich umgeben von möglichst vielen Ionen entgegengesetzer Ladung
