Chemie Zusammenfassung III

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1 Chemie Zusammenfassung III Inhaltsverzeichnis Atombau & Kernphysik... 2 Aufbau der Atome... 2 Atomkern... 2 Atomhülle... 2 Atomgrösse und Kernladung... 3 Reaktivität und Gruppen des Periodensystems... 4 Nichtmetalle... 4 Metalle... 4 Schreibweise chemischer Reaktionen

2 Atombau & Kernphysik Aufbau der Atome Atome sind die kleinsten Einheiten aller Materialien. Sie lassen sich chemisch nicht weiter zerlegen. Kernphysiker können aber den Kern (Protonen und Neutronen) von der Hülle (Elektronen) trennen. Ein Atom besteht aus einem Kern mit Protonen und Neutronen und einer Hülle mit den Elektronen. Der Kern ist bis fach kleiner als der Atomdurchmesser, macht aber Abbildung 1 Atom (Modell) dennoch fast die ganze Masse des Atoms aus. Wenn der Atomkern z.b. ein Stecknadelkopf im Anspielpunkt eines Fussballfelds ist dann würde die Hülle etwa an der Torlinie enden. Zwischen Hülle und Kern befindet sich leerer Raum. Atome sind extrem klein, kleiner als ein Millionstel Millimeter. Atome sind aus Elementarteilchen aufgebaut. Das sind negativ geladene Elektronen (e - ), die fast keine Masse haben und sich in der Hülle mit grosser Geschwindigkeit um den Kern bewegen, positiv geladene Protonen (p + ) und elektrisch neutralen Neutronen (n oder n 0 ), welche fast die gleiche Masse haben und zusammen den Kern bilden. Im Grundzustand (also unverändert) haben Atome im Kern gleich viele Protonen wie Elektronen in der Hülle. Das bedeutet sie sind gegen aussen ungeladen (neutral). Elementarteilchen Name Ladung Masse Ort im Atom Proton (p + ) Positiv (+) Ca. gleich wie n 0 Kern Elektron (e - ) Negativ (-) Fast keine Hülle Neutron (n 0 ) Neutral (0) Ca. gleich wie p + Kern Atomkern Der Kern, der nur Protonen und Neutronen enthält, ist positiv geladen. Atome mit gleicher Protonenzahl (= Kernladungszahl) haben gleiche chemische Eigenschaften. Darum gehören sie zum gleichen Element. Dann gibt es aber noch die Isotope. Sie sind nichts Weiteres als Atome nur mit Neutronen erweitert (Erklärungsvideo Isotope - Youtube). Atomhülle 1. Die Atomhülle besteht nur aus Elektronen. Sie bewegen sich mit grosser Geschwindigkeit in verschiedenem Abstand zum Kern um den Kern (ähnlich wie Planeten im Sonnensystem). 2

3 In einem bestimmten Abstand hat es nur für eine bestimmte Anzahl Elektronen Platz. Diese Aufenthaltsräume werden Schalen (siehe Abb. 1) genannt. 2. Mit jedem weiterem Proton im Kern wird auch ein weiteres Elektron in der Hülle gebraucht damit das Atom als Ganzes neutral ist und bleibt. Die Schalen werden von Innen nach Aussen voll besetzt. Wenn das nächste Elektron in eine neue Schale untergebracht werden muss macht auch das Periodensystem einen Zeilensprung. Das heisst in der ersten Schale haben nur zwei Elektronen Platz (Zeilensprung im Periodensystem nach zwei Elementen, die nächste Schale hat demnach Platz für 8 Elektronen, und so weiter). 3. Da vollbesetzte Schalen stabil sind, streben die Atome bei chemischen Reaktionen diesen Zustand an. Dabei wird meist nur die äusserste Schale verändert da sie nicht vollständig besetzt ist. Die Elektronen auf der äussersten Schale heissen auch Valenzelektronen. 4. Um die vollbesetzte Schale zu erreichen muss das Atom Elektronen aufnehmen oder abgeben (ausser Edelgase, sie haben schon alle Schalen vollbesetzt). Durch die Abgabe oder Aufnahme von Elektronen entstehen aber Ladungsunterschiede zwischen Kern und Hülle. Je grösser der Ladungsunterschied desto instabiler und energiereicher ist das Ion (= positiv oder negativ geladenes Atom). Ionen haben auch spezielle Namen: - Positiv geladenes Ion = Kation - Negativ geladenes Ion = Anion Genaueres über Atome, Ionen und Moleküle: Unterschiede Atome, Ionen, Moleküle - Youtube Atomgrösse und Kernladung Bestimmte chemische Eigenschaften sind bei einigen Stoffen ausgeprägter als bei anderes. Aber um diese Eigenschaften erklären zu können, muss man die Atome mit anderen vergleichen. Zwei Extreme stellen in dieser Hinsicht Fluor und Caesium dar. Sie sind die reaktivsten Elemente. Jedoch sind dafür verschiedene Gründe verantwortlich. Erst den Atombau der beiden Elemente: Vergleichen wir den Atombau: 3

4 Fluor Caesium Schalen 2 6 Atomradius 50 Pikometer* 265 Pikometer* P + & E - 9 Protonen und Elektronen 55 Protonen und Elektronen * 1 Milliarde Pikometer ergeben einen Millimeter. Beide Elemente können nur durch das Ändern der Valenzelektronen die äusserste Schale vollbesetzen. Fluor durch Aufnahme und Caesium durch Abgabe eines Elektrons. Wie viel Energie dafür benötigt wird hängt davon ab wie stark die Anziehungskraft des Kerns ist. Da elektrische Anziehungskräfte mit der Entfernung abnehmen, wird das äusserste Elektron von Caesium kaum angezogen und kann leicht abgegeben werden. Es hat im Vergleich zum grossen Atomradius eine geringe Kernladung. Umgekehrt ist es bei Fluor. Bei ihm werden Elektronen stark angezogen. Im Vergleich zu seinem Atomradius hat es eine starke Kernladung. So lassen sich alle Eigenschaften von Elementen erklären. Lediglich zwei grundlegende Faktoren sind dafür verantwortlich. - Die elektrische Wechselwirkung zwischen Kern und Hülle: o Bei kleinen Atomen grösser als bei grossen o Bei Atomen mit mehr Protonen grösser als bei Atomen mit weniger Protonen - Die Besetzung der äussersten Schale: o Volle Schalen sind energieärmer als nicht volle o Volle Schalen sind stabiler als nicht volle Reaktivität und Gruppen des Periodensystems Wenn man den Atombau innerhalb von Gruppen betrachtet sieht man bestimmt Gesetzmässigkeiten. Nichtmetalle Bei den Nichtmetallen nimmt die Reaktivität nach oben und rechts zu. Dabei nehmen die Atomradien innerhalb einer Periode (Zeile) nach rechts ab, weil die Ladung im Atomkern mit mehr Protonen zunimmt und somit die Elektronen auch immer stärker angezogen werden. Um die äusserste Schale voll besetzt zu bekommen müssen, je weiter rechts das Nichtmetall steht, weniger Elektronen aufgenommen werden wodurch der Energieaufwand sinkt. Je weiter oben die Elemente stehen umso mehr werden auch die Valenzelektronen angezogen. Metalle Bei den Metallen nimmt die Reaktivität nach unten und links zu. Dabei nehmen die Atomradien innerhalb einer Periode (Zeile) nach links zu, weil die Ladung im Atomkern mit weniger Protonen abnimmt und somit die Elektronen nicht mehr so stark angezogen werden. Die Valenzelektronen sind durch die nach unten zunehmende Anzahl Schalen immer weiter vom Kern entfernt. Es fällt darum leichter Elektronen abzugeben statt aufzunehmen um die äusserste Schale voll zu besetzen. 4

5 In einer Periode nahmen die Valenzelektronen nach links ab. Das heisst der Energieaufwand Elektronen abzugeben sinkt, weil immer weniger abgegeben werden müssen. Diese schwarze Linie ist die Grenze zwischen Metallen (links) und Nichtmetallen (rechts) Das Periodensystem ist zudem noch in Gruppen unterteilt (in unserem Periodensystem sind das die römischen Zahlen ohne das A ). Sie verlaufen senkrecht. Auf dem Blatt 4.3 Reaktivität und Gruppen im Periodensystem werden unten alle Gruppen kurz beschrieben. Schreibweise chemischer Reaktionen Man kann eine Reaktionsformel dann aufstellen wenn bekannt ist welches die Ausgangsstoffe (Edukte) sind, wie sie vorliegen und zu welchen Endstoffen sie werden (Produkte). Es soll zum Beispiel SO 3 entstehen. Das heisst man braucht S und O 2 (Sauerstoff bildet als Element zweiatomige Moleküle). S + O 2 SO 3 Jetzt muss jedoch die Atomzahl auf der Edukte- und Produkteseite übereinstimmen, das heisst: 2S + 3O 2 2SO 3 Jetzt sind auf beiden Seiten 2 Schwefel- und 6 Sauerstoffatome vorhanden. 5

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