Chemie Aufbau der Materie

Logik
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Modell
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Voraussage

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Modell
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reproduzierbare Experimente
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Voraussage

C, H, O, N

N in Pflanzen nur durch Ammoniak
-> Kunstdünger, ohne Chemie würde die Hälfte der Menschheit sterben

400 v. Chr: Demokrit, Atomos (Unteilbare)

1897: Thomson, Rosinenkuchenmodell

1911: Rutherford

1913: Bohr, Schalenmodell

1926: Heisenberg, Schrödinger, Orbitalmodell

Protonen: positiv geladen

Neutronen: keine Ladung

Hauptbestandteil der Masse eines Atoms

Protonen + Neutronen = Nucleonen (Kernteilchen)

Aufenthaltsraum der Elektronen: negativ geladen

nahezu masselos (~1/2837 der Masse eines Protons)

bestimmt die chemischen Eigenschaften des Atoms

Molekülmasse

Einheit: u

Masse eines Teilchens bezogen auf 1/12 der Masse des C-Atoms ¹²C

6,022*10²³

Masse von 1 mol Teilchen in g

gibt an wie viele Teilchen (Atome, Moleküle, Ionen) sich in einer Stoffportion befinden

Einheit: Mol [mol]

Ein Mol eines Stoffes ist diejenige Stoffportion in Gramm, die gerade genau 6,022*10²³ Teilchen (Avogradozahl) enthält

Nuklide (Atomsorten)

unterscheiden sich in der Anzahl ihrer Neutronen
-> gleiche Kernladungszahl (Ornungszahl)
-> unterschiedliche Massenzahl

chemische Eigenschaften von Iostopen nahezu identisch

instabile Isotope zerfallen

radioaktiver Zerfall unter Aussendung von Strahlung

α-Strahlung:
Heliumkern
Abschirmung durch Papier

β-Strahlung:
Elektron
Abschirmung durch Alufolie

γ-Strahlung:
Photon, elektromagnetische Strahlung
Abschirmung durch Bleiplatten

α < β < γ

Nutzung in Detektion

α > β > γ

β: Nutzung in Therapie

die Zeit, in der die Hälfte der Menge eines instabilen radioaktiven Isotops zerfallen ist

Stoffeigenschaft, die sich kaum von außen beeinflussen lässt und ist unabhängig von der Anzahl an radioaktiven Atomen

umso mehr vorhanden desto mehr zerfällt

Wellen- und Teilcheneigenschaften

in der Atomhülle bilden sich stehende Elektronenwellen aus

3 Quantenzahlen:

Hauptquantenzahl: Abstand vom Kern

Nebenquantenzahl: Form/Gestalt

Magnetquantenzahl: räumliche Orientierung

n = 1, 2, 3, ...

"Schale"

l = 0 bis (n-1)

m = -l ≤ m ≤ +l

~e⁻ʳ -> Quadrat e⁻²ʳ

Quadrat = Aufenthaltswahrscheinlichkeit

für s Orbital im Kern am höchsten

4πr² * e⁻ʳ

rund
1s (1. HG) < 2s (2. HG) ...

hantelförmig

px
py
pz

je tiefer desto besser
p-Orbitale energetisch gleich -> entartete

entsprechend ihrer Energie von unten nach oben auffüllen

jedes Orbital maximal 2 Elektronen mit unterschiedlichem Spin (Pauli-Prinzip)

nsAusnahme 3d höher als 4s

Hundsche Regel: entartete Orbitale zunächst nur einfach besetzt

Element kann auch als vorheriges Edelgas+Valenzelektronen dargestellt werden

bestimmen die chemischen Eigenschaften eines Atoms

Elektronen der äußersten Schale

Elemente lassen sich ordnen

chemische Eigenschaften wiederholen sich periodisch

Ursache: analoge Elektronenkonfiguration der Valenzschale

~110 bekannte chem. Elemente geordnet nach Kernladungszahl

unterschiedliche Einteilungen (wichtige Elemente in lebenden Organismen, wichtige Gruppen, ...)

Auffüllung von Orbitalen innerhalb einer Schale

analoge Elektronenkonfiguration auf der Valenzschale