IV Atomlehre und Periodensystem (Mortimer: Kap. 2 u. 6; Atkins: Kap. 7)

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1 IV Atomlehre und Periodensystem (Mortimer: Kap. u. 6; Atkins: Kap. 7) 13. Aufbau der Atome Stichwörter: Elementarteilchen und ihr Nachweis, Atom, Atomkern, Proton, Neutron, Kanalstrahlen, Kathodenstrahlen, Elektron, Radioaktivität, Elektronenhülle, Ordnungszahl, Massenzahl, Atommasse, relative Atommasse, Isotope, Massendefekt 14. Elektronenstruktur der Atome Stichwörter: Atomspektren, Linienspektren, Photon, Atomtheorien, Bohrsches Atommodell, Heisenbergs Unschärferelation, Schrödinger-Gleichung, Quantenzahlen, Orbitale: Größe, Form, Orientierung, Ionisierungsenergie, Pauli-Prinzip, Hund-Regel, Periodensystem: Aufbauprinzip, geschlossene Schalen, Valenzschale, Elektronenkonfiguration, Haupt- und Nebengruppenelemente Übungsaufgaben: 13.1 Erläutern Sie folgende Begriffe: Atom, Atomkern, Proton, Neutron, Ordnungszahl, Massenzahl, Atommasse, relative Atommasse, Isotope. 13. Wie viele Protonen, Neutronen, Elektronen besitzen die folgenden Isotope: 3 16 S, 1 6 C? 13.3 Suchen Sie im Periodensystem alle Isotope der folgenden Elemente: C, N, O, F Chlor besteht zu 75.77% aus dem Isotop 17 (Masse u) und zu 4.3% aus dem Isotop 37 17Cl 35 Cl (Masse u). Berechnen Sie die mittlere Atommasse von Chlor Wie viele Protonen, Neutronen und Elektronen besitzen die drei Isotope des Wasserstoffs? 13.6 Wie ist die Atommasseneinheit definiert? 13.7 Erläutern Sie die folgenden Begriffe: α-strahlung, β-strahlung, γ-strahlung Berechnen Sie die Frequenz von Licht mit den folgenden Wellenlängen a) 500 nm, b) 1000 nm. Welche Energien besitzt ein Photon mit der Wellenlänge 300 nm? 1

2 14. Berechnen Sie die Energie von 1 mol Lichtquanten mit der Wellenlänge 500 nm in kilo- Joule Erklären Sie folgende Begriffe: UV-Licht, sichtbares Licht, Infrarot-Strahlung, Röntgenstrahlung, γ-strahlen, Mikrowellen, Radiowellen. Ordnen Sie diese Strahlungstypen nach ihrer Energie Berechnen Sie für das Wasserstoffatom die Energie des Lichts, das bei dem Elektronenübergang von der zweiten zur ersten Bahn emittiert wird (Hinweis: verwenden Sie die Rydberg-Gleichung) Skizzieren Sie die Form von s, p und d-orbitalen Geben Sie die Quantenzahlen für jedes Elektron eines C Atoms an Wie viele Valenzelektronen besitzen die folgenden Elemente: H, He, B, C, N, O, Al, Si, K, Ti, Fe, Ar, Cl? Geben Sie die Elektronenkonfigurationen dieser Elemente an Geben Sie die Elektronenkonfigurationen der folgenden Ionen an: Na +, Cl -, He +, O, S, Mg +, Ca +, Zn +, Ti 4+, Fe 3+

3 IV Atomlehre und Periodensystem (Mortimer: Kap. u. 6; Atkins: Kap. 7) 13. Aufbau der Atome Stichwörter: Elementarteilchen und ihr Nachweis, Atom, Atomkern, Proton, Neutron, Kanalstrahlen, Kathodenstrahlen, Elektron, Radioaktivität, Elektronenhülle, Ordnungszahl, Massenzahl, Atommasse, relative Atommasse, Isotope, Massendefekt 14. Elektronenstruktur der Atome Stichwörter: Atomspektren, Linienspektren, Photon, Atomtheorien, Bohrsches Atommodell, Heisenbergs Unschärferelation, Schrödinger-Gleichung, Quantenzahlen, Orbitale: Größe, Form, Orientierung, Ionisierungsenergie, Pauli-Prinzip, Hund-Regel, Periodensystem: Aufbauprinzip, geschlossene Schalen, Valenzschale, Elektronenkonfiguration, Haupt- und Nebengruppenelemente Übungsaufgaben: 13.1 Erläutern Sie folgende Begriffe: Atom, Atomkern, Proton, Neutron, Ordnungszahl, Massenzahl, Atommasse, relative Atommasse, Isotope. Atom: Das kleinste Teilchen eines Elements. Atomkern: Das kleine, positiv geladene Zentrum eines Atoms, in dem sich Protonen und Neutronen befinden. Proton: Subatomares Teilchen mit positiver Ladung und Masse u, das im Atomkern vorkommt. Neutron: Subatomares Teilchen ohne elektrische Ladung, mit der Masse u, das im Atomkern vorkommt. Ordnungszahl: eines Elements entspricht der Zahl der Protonen in seinen Atomen. Massenzahl: Gesamtzahl von Protonen und Neutronen im Atomkern. Atommasse: Masse eines Atoms bezogen auf eine Skala, bei der die Masse des Atoms 1 u beträgt. Bei Elementen, die aus verschiedenen Isotopen bestehen, wird die mittlere Masse des Isotopengemisches angegeben. relative Atommasse: Masse eines Atoms relativ zum zwölften Teil der Masse eines Atoms 1 6C 1 6C. Isotope: Atome des gleichen Elements und daher gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massen- und Neutronenzahl. 1

4 13. Wie viele Protonen, Neutronen, Elektronen besitzen die folgenden Isotope: 3 16 S, 1 6 C? 3 16 S : je 16 Protonen, Neutronen und Elektronen 1 6C : je 6 Protonen, Neutronen und Elektronen 13.3 Suchen Sie im Periodensystem alle Isotope der folgenden Elemente: C, N, O, F. C: 1 6C, 13 6 C N: 14 7 N, 15 7 N 16 8O 17 8 O 18 8 O O:,, F: 19 9 F 13.4 Chlor besteht zu 75.77% aus dem Isotop Cl (Masse u) und zu 4.3% aus dem Isotop 37 17Cl (Masse u). Berechnen Sie die mittlere Atommasse von Chlor u u = u 13.5 Wie viele Protonen, Neutronen und Elektronen besitzen die drei Isotope des Wasserstoffs? 1 1H : 1 Proton, 0 Neutronen, 1 Elektron 1H : 1 Proton, 1 Neutron, 1 Elektron 3 1H : 1 Proton, Neutronen, 1 Elektron 13.6 Wie ist die Atommasseneinheit definiert? als ein Zwölftel der Masse eines Atoms 1 6 C 13.7 Erläutern Sie die folgenden Begriffe: α-strahlung, β-strahlung, γ-strahlung. α-strahlung; Strahlung aus α-teilchen ( 4 He +, Protonen und Neutronen), die von den Atomen bestimmter radioaktiver Elemente ausgestoßen werden. β-strahlung; Strahlung aus Elektronen (β-teilchen), die aus Atomen radioaktiver Elemente ausgestoßen werden. γ-strahlung; energiereiche elektromagnetische Strahlung, die bei radioaktiven Zerfallsprozessen abgestrahlt wird.

5 14.1 Berechnen Sie die Frequenz von Licht mit den folgenden Wellenlängen a) 500 nm, b) 1000 nm. Welche Energien besitzt ein Photon mit der Wellenlänge 300 nm? a) ν = c/λ, ν = m s -1 / m = s 1 b) ν = c/λ, ν = m s -1 / m = s 1 c) ν = c/λ, ν = m s -1 / m = s 1 E = h ν = J s s 1 = J 14. Berechnen Sie die Energie von 1 mol Lichtquanten mit der Wellenlänge 500 nm in kilo- Joule. ν = c/λ, ν = m s -1 / m = s 1 E = h ν N a = J s s = J = 39.4 kj 14.3 Erklären Sie folgende Begriffe: UV-Licht, sichtbares Licht, Infrarot-Strahlung, Röntgenstrahlung, γ-strahlen, Mikrowellen, Radiowellen. Ordnen Sie diese Strahlungstypen nach ihrer Energie. UV-Licht: ultraviolettes Licht, Licht der Wellenlänge nm sichtbares Licht: elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen von 380 bis 780 nm. Licht einer bestimmten Wellenlänge ist monochromatisch u. hat eine bestimmte Farbe, polychromatisches Licht, bei dem alle Wellenlängen zw. 380 u. 780 nm vertreten sind, ist weiß. Infrarot-Strahlung: elektromagnetische Strahlung von 800 nm µm Wellenlänge. Röntgen-Strahlung: elektromagnetische Strahlung von 10 1 m m Wellenlänge u. hoher Energie. γ-strahlung: elektromagnetische Strahlung mit Wellenlänger kleiner als m u. sehr hoher Energie bzw. Frequenz. Mikrowellen: elektromagnetische Strahlung von m Wellenlänge, geringer Energie und Frequenz. Radiowellen: elektromagnetische Strahlung von 10 bis über 10 m Wellenlänge, sehr geringer Energie und Frequenz. 3

6 14.4 Berechnen Sie für das Wasserstoffatom die Energie des Lichts, das bei dem Elektronenübergang von der zweiten zur ersten Bahn emittiert wird (Hinweis: verwenden Sie die Rydberg-Gleichung). h ν = E E 1 = (1/n - 1/n 1 ) J = J mit n 1 = 1 und n =, h ν = J 14.5 Skizzieren Sie die Form von s, p und d-orbitalen. z y x s-orbital p-orbital d-orbital d-orbital s-orbitale: kugelförmig p-orbitale: hantelförmig d-orbitale: kleeblatt-förmig oder Torus (d z ) p z d xz dz 14.6 Geben Sie die Quantenzahlen für jedes Elektron eines C Atoms an. Elektron n l m s / / / / / / 14.7 Wie viele Valenzelektronen besitzen die folgenden Elemente: H, He, B, C, N, O, Al, Si, K, Ti, Fe, Ar, Cl? Geben Sie die Elektronenkonfigurationen dieser Elemente an. Element Valenzelektronen Elektronenkonfiguration H 1 1s 1 He 1s B 3 1s s p 1 4

7 C 4 1s s p N 5 1s s p 3 O 6 1s s p 4 Al 3 1s s p 6 3s 3p 1 Si 4 1s s p 6 3s 3p K 1 1s s p 6 3s 3p 6 4s 1 Ti 4 1s s p 6 3s 3p 6 3d 4s Fe 8 1s s p 6 3s 3p 6 3d 6 4s Ar 8 1s s p 6 3s 3p 6 Cl 7 1s s p 6 3s 3p Geben Sie die Elektronenkonfigurationen der folgenden Ionen an: Na +, Cl, He +, O, S, Mg +, Ca +, Zn +, Ti 4+, Fe 3+ Ion Elektronenkonfiguration Na + 1s s p 6 3s 0 Cl 1s s p 6 3s 3p 6 He + 1s 1 O 1s s p 6 S 1s s p 6 3s 3p 6 Mg + 1s s p 6 Ca + 1s s p 6 3s 3p 6 4s 0 Zn + 1s s p 6 3s 3p 6 3d 10 4s 0 Ti 4+ 1s s p 6 3s 3p 6 3d 0 4s 0 Fe 3+ 1s s p 6 3s 3p 6 3d 5 4s 0 5

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