Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie. Atome. Chemische Reaktionen. Verbindungen

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1 Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie Atome Elemente Chemische Reaktionen Energie Verbindungen 92

2 Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie 3. Das Periodensystem der Elemente 93

3 Das Periodensystem der Elemente IUPAC alt AI AII BIII BIV BV BVI BVII BVIII BI BII AIII AIV AV AVI AVII AVIII 1 2,2 H 1, ,98 Li 6,941 s - Elemente 4 1,57 Be 9,012 p - Elemente 5 2,04 B 10, ,55 C 12, ,04 N 14, ,44 O 15, ,0 F 18,988 2 He 4, Ne 20, ,93 Na 22, ,31 Mg 24,305 d - Elemente 13 1,61 Al 26, ,9 Si 26, ,19 P 30, ,58 S 32, ,16 Cl 35, Ar 39, ,82 K 39, ,0 Ca 40, ,36 Sc 44, ,54 Ti 47, ,63 V 50, ,66 Cr 51, ,55 Mn 54, ,83 Fe 55, ,88 Co 58, ,91 Ni 58, ,90 Cu 63, ,65 Zn 65, ,81 Ga 69, ,01 Ge 72, ,18 As 74, ,55 Se 78, ,96 Br 79, Kr 83, ,82 Rb 85, ,95 Sr 87, ,22 Y 88, ,33 Zr 91, ,6 Nb 92, ,16 Mo 95, ,9 Tc 98, ,2 Ru 101, ,28 Rh 102, ,2 Pd 106, ,93 Ag 107, ,69 Cd 112, ,78 In 114, ,96 Sn 118, ,05 Sb 121, ,1 Te 127, ,66 I 126,90 54 Xe 131, ,79 Cs 132, ,89 Ba 137, ,1 La 138, ,3 Hf 178, ,5 Ta 180, ,36 W 183, ,9 Re 186, ,2 Os 190, ,2 Ir 192, ,2 Pt 195, ,4 Au 196, ,9 Hg 200, ,8 Tl 204, ,8 Pb 207,2 83 1,9 Bi 209, Po 209, ,2 At (210) 86 2,04 Rn (222) 87 0,7 Fr (223) 88 0,9 Ra 226, ,1 Ac (227) 104 Rf (261) 105 Db (262) 106 Sg (263) f - Elemente 107 Bh (262) 108 Hs (265) 109 Mt (266) 110 Ds (269) 111 Rg (272) 112 Cn (277) 113 Nh (287) 114 Fl (289) 115 Mc (288) 116 Lv (293) 117 Ts (293) 118 Og (294) 58 1,12 Ce 140, ,13 Pr 140, ,14 Nd 144, ,1 Pm 146, ,17 Sm 150, ,2 Eu 151, ,2 Gd 157, ,1 Tb 158, ,22 Dy 162, ,23 Ho 164, ,24 Er 167, ,25 Tm 168, ,1 Yb 173, ,27 Lu 174, ,3 Th 232, ,5 Pa 231, ,7 U 238, ,3 Np 237, ,28 Pu 244, ,13 Am 243, ,28 Cm 247, ,3 Bk 247, ,3 Cf 251, ,3 Es 254, ,3 Fm 257, ,3 Md (258) 102 1,3 No (259) 103 1,3 Lr (260) 94

4 Periodensystem der Elemente 95

5 Das Element im Periodensystem Ordnungszahl Elementname 9 4 F 18,998 Fluor Elektronegativität Atommasse Elementsymbol 96

6 Periodensystem der Elemente 97

7 Periodensystem der Elemente Q Energie 7s 6p P 5f O Ac-Lr 5d 6s 5p 4d 4f N La-Lu 5s 4s 3s 1s 4p 3p K L 3d M H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr * Mn Fe Co Ni Cu * Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac 98

8 Üben: Chlor Q Energie 7s 6s 6p 5p P 5d 4d 5f O 4f N Ac-Lr La-Lu [Ne]3s 2 3p 5 5s 4s 3s 1s K 4p 3p L 3d H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra M Sc Ti V Cr * Mn Fe Co Ni Cu * Zn Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd La Hf Ta W Ac Re Os Ir Pt Au Hg B Al Ga In Tl C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po He F Ne Cl Ar Br Kr I Xe At Rn 99

9 Stellung der Elemente im PSE 1s 3s 4s 5s 6s 7s 3d 4d 5d 6d 3p 4p 5p 6p 4f 5f Hauptgruppenelemente Übergangsmetalle Lanthanoide, Actinoide Edelgase 100

10 Eigenschaften ändern sich periodisch 1. Atomradien 2. Ionisierungsenergie 3. Elektronenaffinität 4. Elektronegativität 101

11 Änderung der Atomradien im PSE innerhalb einer Gruppe mit zunehmender Ordnungszahl werden weiter außen liegende Elektronenschalen besetzt Anziehung auf die Elektronenhülle wird größer innerhalb einer Periode Atomradius ist das Ergebnis von Anziehung der Elektronen durch den Kern einerseits und der gegenseitigen Abstoßung der Elektronen andererseits 102

12 Änderung der Atomradien im PSE Atomradius in 10-8 cm 3,4 3,0 Cs 2,6 Rb K 2,2 Na 1,8 4f Li 1,4 3d 4d 5d I 1,0 Cl Br 0,6 F H 0, Ordnungszahl 103

13 Änderung der Atomradien im PSE Atomradius Atomradius Metalle Nichtmetalle 104

14 Alkalimetalle reagieren mit Wasser Schnittflächen der Alkalimetalle: Bild: Reaktivität nimmt zu Bilder: com/images/pdvd_012.jpg 2 Li + 2 H 2 O 2 LiOH + H 2 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H 2 2 K + 2 H 2 O 2 KOH + H 2 105

15 Änderung der Ionisierungsenergie im PSE...Mindestenergie in ev, die benötigt wird, um aus einem Atom ein Elektron zu entfernen: A A + + e - I nimmt ab Energie I Energie Energie Li I nimmt zu 1s 1s Li + II III IV V VI VII VIII 1 H He 2 Li Be B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 5 K Ca Ga Ge As Se Br Kr 6 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 7 Cs Ba Tl Fr Ra Pb Bi Po At Rn 106

16 Änderung der Ionisierungsenergie im PSE I E (ev) H He Li Be B C N Edelgase O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti Z Alkalimetalle 107

17 Warum ist I (Be) > I (B)? Beryllium Bor Energie 1s 1s Ionisierungsenergie (ev) He Ne H N Be F C O Mg Li B Na Z = Ordnungszahl 108

18 Warum ist I (N) > I (O)? Stickstoff Sauerstoff Energie 1s 1s Ionisierungsenergie (ev) H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Z = Ordnungszahl 109

19 Zweite Ionisierungsenergie A + + I 2 A 2+ + e - Lithium Li + Li 2+ Energie I 1 I 2 5,4 ev 75,6 ev 1s 1s 1s 110

20 Änderung der Ionisierungsenergie im PSE Ionisierungsenergie Ionisierungsenergie Metalle Nichtmetalle 111

21 Elektronenaffinität...Energiebetrag in ev, der für die Anlagerung eines Elektrons an ein Atom frei wird bzw. aufgewendet werden muss A + e - A - Energie -Energie Energie F 1s 1s F - I II III IV V VI VII VIII 1 H He 2 Li Be B E A C nimmt N O ab F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 5 K Ca Ga Ge As Se Br Kr 6 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 7 Cs Ba Tl Fr Ra Pb Bi Po At Rn E A nimmt zu Energie wird frei: Energie

22 Elektronenaffinität A + e - A - + Elektronenaffinität (E A ) Edelgase Energie + - E A (kj/mol) H He Li Be Halogene B C N O Z = Ordnungszahl F Ne Mg Na I II III IV V VI VII V 1 H E He 2 Li Be A nimmt ab B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 K Ca Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra E A nimmt zu 113

23 Warum ist E A (N) > E A (C)? C - N - Energie 1s 1s E A (kj/mol) H He Li Be B C N O Z = Ordnungszahl F Ne Mg Na 114

24 Elektronegativität A + Ionisierungsenergie (I E ) A + + e - Geringes I E : Alkalimetalle! A + e - A - + Elektronenaffinität (E A ) Geringes E A : Halogene Energie + - Ionisierungsenergie (I E ) - Elektronenaffinität (E A ) Li: 5.4 ev - (-0,62 ev) = 6,02 F: 17.4 ev - (-3,40 ev) = 20,8 115

25 Absolute und relative Elektronegativität...ist ein Maß für das Bestreben eines Elements, in einer Bindung die Elektronen an sich zu ziehen. Ionisierungsenergie (I E ) - Elektronenaffinität (E A ) EN abs. = 2 EN rel.. = 0,168(I E - E A ) - 0,207 Elektronegativität nach Mullikan Elektronegativitäten zweier unterschiedlicher Atome ~ Polarität der Bindung O H H uploads/2013/02/wasserglas.jpg 116

26 Elektronegativitäten der Elemente im PSE Elektronegativitäten nach PAULING: HCl H 2 O Elektronegativitä t H 2,1 Li 1,0 Na 0,9 K 0,8 Be 1,5 Mg 1,2 B 2,0 Al 1,5 C 2,5 Si 1,8 Ge 1,8 Elektronegativität N 3,0 P 2,1 As 2,0 O 3,5 S 2,5 Se 2,4 F 4,0 Cl 3,0 Br 2,8 H 2 Rb 0,8 Te 2,1 I 2,5 117

27 Elektronegativitäten im Vergleich EN 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 F O H C N Cl S Be B P Si He Li Ne Na Mg Al Z = Ordnungszahl 118

28 Elektronegativitäten im Vergleich MULLIKEN PAULING ALLRED/ROCHOW H Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr 119

29 Zusammenfassung 1. Ionisierungsenergie 2. Elektronenaffinität 3. Elektronegativität 120

30 Eigenschaftsänderungen im PSE Eigenschaft Atomradius Änderungen innerhalb einer Hauptgruppe Periode Metallcharakter Elektronegativität Elektronenaffinität (Betrag) Ionisierungsenergie 121

31 PSE: Mendelejew schafft Ordnung! (Zeichnung: Miriam Brandstetter 12/2004) 122

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