Atomaufbau und Periodensystem Flashcards
Atommodelle
Atommodelle beschreiben den Aufbau der Atome, Modelle sind dabei Beschreibungen von Ideen bzw. Vorstellungen und können sich im Laufe der Zeit ändern. So gibt es eine Vielzahl von Atommodellen die zunehmend komplexer werden, da immer mehr Informationen und neue Erkenntnisse berücksichtigt werden müssen
Das Rutherfordsche Atommodell
Durch den Rutherfordschen Streuversuch wurde erkannt, dass ein Atom aus einer Atomhülle mit Elektronen und einem kleinem positiv geladenen Atomkern bestehen muss, in dem nahezu die gesamte Masse konzentriert ist. Im Video wird sowohl der Streuversuch als auch das daruas entwickelte Modell vorgestellt und natürlich erklärt.
Das Bohrsche Atommodell
Die wesentliche Weiterentwicklung betrifft hier die Atomhülle - Nach Bohr umkreisen die Elektronen den Kern auf festen Bahnen (=diskrete Energieniveaus). Dieses Atommodell ist fundamental für das Verständnis des Periodensystems und somit Grundlage für alle Videos aus diesem Bereich.
Orbitalmodell
Hier wird die Quantenmechanik mit aufgenommen und jegliche Vorstellung revolutioniert. Da dieses Modell die Grundlage für das Verständnis von (v.a. kovalenten) Bindungen ist, hat die Orbitaltheorie hier eineneigenen Bereich.
Das Orbitalmodell - Einführung
Die bisherigen Atommodelle wurden durch verschiedene Experimente und Beobachtungen entwickelt - nach dem Rutherfordschen Atommodell besteht ein Atom aus einem positiv geladenen Kern, in dem nahezu die komplette Masse konzentriert ist, und einer voluminösen Atomhülle, in der kleine Elektronen herumschwirren. Die Weiterentwicklung dieses Modells stellt das Bohrsche Atommodell dar - hier kreisen die Elektronen nicht mehr “irgendwie” um den Kern, sondern auf festen Bahnen bzw. diskreten Energieniveaus. Mit dieser erweiterten Vorstellung lässt sich dann zB. die Atomgröße einschätzen oder auch die Emission von Strahlung beim Übergang eines Elektrons vom angeregten in den Grundzustand erklären (vgl. zB. Röntgenstrahlung). Zu beiden Modellen gibt es hier auf alteso.de entsprechende Videos.
Eine große Schwäche der bisherigen Modelle:
Während die Bildung von Ionen durch die Auffüllung oder Entleerung der Schalen (Bohr) zum Erreichen der Edelgaskonfiguration noch nachvollziehbar ist, können definitiv keine kovalenten bzw. Atombindungen erklärt werden. Bei dieser Art der Bindung werden Elektronen (=Bindungsgelektronenpaar) zwischen Bindungspartnern geteilt und damit dies überhaupt möglich ist, dürfen die Elektronen eben nicht “irgendwie” oder “auf einem festen Radius” um den Kern kreisen, sondern sie müssen sich in relativ klar definierten Bereichen aufhalten - in Orbitalen. Diese Orbitale sind Lösungen der Schrödingergleichung, grob vereinfacht eine mathematische/ quantenphysikalische Betrachtung einer Wellenfunktion, und stellen Bereiche mit 90%iger Aufenthaltswahrscheinlichkeit dar.
Elektronegativität
Die Elektronegativität ist ein relatives Maß für die Fähigkeit eines Atoms, die Elektronen einer Bindung anzuziehen. Diesen Satz findet man so oder in geringer Abweichung überall als Definition und er beschreibt diese Atomeigenschaft so treffend und komprimiert, dass eine Umformulierung keinen Sinn macht.
Hybridorbitale – Einführung
Hybridorbitale sind eine der Voraussetzungen der kovalenten Bindung, also einer Bindung, bei der sich zwei Atome ein gemeinsames Elektronenpaar teilen. Dabei steuert jeder Bindungspartner theoretisch ein Elektron bei.
Betrachtet man die Orbitale zweier Bindungspartner, so kommt eine kovalente Bindung Zustande, wenn zwei Ihrer Atomorbitale ausreichend „überlappen“ bzw. wechselwirken und diese Atomorbitalejeweils nur mit einem Elektron besetzt sind. Dadurch entsteht ein Molekülorbital zwischen den zwei Partnern, in dem sich dann zwei Elektronen befinden (=bindendes Elektronenpaar).
Die Ionische Bindung
Das Atom nimmt Elektronen auf oder gibt sie ab, erreicht auf diesem Wege einen energetisch günstigeren Zustand – es bildet Ionen: bei Elektronenabgabe positive Kationen, bei Aufnahme negative geladene Anionen. Diese Ionen ziehen elektrostatisch und ungerichtet Gegenionen an und bilden dabei Salze – ein Verbund aus negativen und positiven Teilchen, in der Gesamtheit neutral.
Die Atom- bzw. kovalente Bindung
Hier muss kein Atom Elektronen abgeben bzw. aufnehmen – die Bindung kommt dadurch zustande, dass die Elektronen zwischen den Bindungspartnern geteilt werden. Die geteilten Elektronen, 2 Stück – von jedem eins, werden daher auch als Bindungselektronenpaar bezeichnet.
Die Metallbindung
Hier sind genug Elektronen für alle da: Da die Außenelektronen bei Metallatomen recht lose gebunden sind, werden diese im Metallverbund als frei bewegliche Elektronenwolke bzw. Elektronengas betrachet. Die Metallkationen ordnen sich im Gitter, die Außenelektronen umschwirren dieses Kationengitter und sind keinem einzelnen Atom (bzw. Ion) mehr zuzuordnen – die elektrische Leitfähigkeit der Metalle kann damit erklärt werden.
Basis-Geometrien
- linear
- trigonal-planar
- tetraedisch
- trigonal-bipyramidal
- oktaedisch
Metalle (Eigenschaften)
- hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit
- Dehnbarkeit
- plastische Verformbarkeit
- metallischer der Oberfläche
- Undurchsichtigkeit
→ gehen erst in der Dampfphase verloren
Metallbindung (wichtige Stichpunkte)
- in Gittern angeordnet
- Valenzelektronen soweit gelockert, dass sie sich ziwschen positiven *Atomrümpfen (Kationen) *frei bewegen können
→ sind delokalisiert und bilden so Elektronengas
Kristallstruktur von Metallen
als starre Kugeln, zwischen den räumlich ungerichtete Anziehungskräfte wirken anzusehen
innerhalb einer Schicht ist jede Kugel von sechs anderen Kugeln umgeben
- Hexagonal-dichteste Packung: Die Lücken zur Aufnahme der Kuglen der dritten Schicht befinden sich genau über den Kugeln der ersten Schicht, was in der Schichtenfolge ABABAB… resultiert. Die Koordinationszahl liegt bei 12, da jedes Metallatom von sechs anderen Metallatomen, sowie jeweils drei weiteren in der darüber und der darunter liegenden Schicht umgeben ist. Die Raumerfüllung beträgt 78%.
- Kubisch-dichteste Packung: Die Lücken zur Aufnahme der Kuglen der dritten Schicht liegen weder über den Kugeln der ersten noch der zweiten Schicht, was in der Schichtenfolge ABCABC… resultiert. Die Koordinationszahl beträgt 12, da jedes Metallatom von sechs anderen Metallatomen, sowie jeweils drei weiteren in der darüber und der darunter liegenden Schicht umgeben ist. Die Raumerfüllung beträgt 78%.
- Kubisch-raumzentrierte Packung: Acht Metallatome bilden die Ecken eines Würfels, in dessen Zentrum sich ein weiteres Metallatom befindet. Die Koordinationszahl ist 8. Daher ist auch die Raumerfüllung niedriger und leigt bei 68%.
