Atombau, Periodensystem der Elemente

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1 Seminar zum Brückenkurs Chemie 2015 Atombau, Periodensystem der Elemente Dr. Jürgen Getzschmann Dresden,

2 1. Aufbau des Atomkerns und radioaktiver Zerfall - Erläutern Sie den Aufbau der Atomkerne (Elementarteilchen, Massendefekt...)! - Informieren Sie sich über die Symbolik bei der Kennzeichnung von Atomkernen und vervollständigen Sie folgende Angaben: 32 S, 56 Fe, Erklären Sie die Begriffe Isotope, Isobare, Isotone und ordnen Sie die nachstehenden Beispiele zu: 1 1 H 4 2 He 7 3 Li 2 1 H 7 4 Be 12 6 C 3 2 He - Magnesium kommt in der Natur als Isotopengemisch vor: 78,99 % 24 Mg (Ar = 23,98504), 10 % 25 Mg (Ar = 24,98584) und 11,01 % 26 Mg (Ar = 25,98259). a) Welche relative und welche absolute Atommasse hat natürliches Magnesium? b) Berechnen Sie den Zahlenwert der atomaren Masseneinheit u in g! 13 6 C 3 1 H TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 2

3 2. 1. Quantenzahlen und Orbitale - Was sind Orbitale und Quantenzahlen? Welche Werte können die Quantenzahlen annehmen? - Welche Werte hat die Bahndrehimpulsquantenzahl l für folgende Elektronenniveaus: 2p, 5f, 3s, 4d? - Stellen Sie für die Hauptquantenzahl n = 4 in einer Tabelle alle möglichen Werte von l, m und s zusammen! - Wie viele Elektronen eines Atoms können folgende Quantenzahlen gemeinsam haben: a) n=2, l=1, b) n=4, l=2, m=-2, c) n=2, d) n=3, l=2, m=+1? - Welche der nachstehenden Sätze von Quantenzahlen (n, l, m, s) können für ein Elektron in einem Atom nicht vorkommen (Begründung angeben!): - (4,2,-1,1/2), (5,0,-1,1/2), (4,4,-1,-1/2), (3,2,-2,1/2)? - Welche Vorstellungen verknüpfen Sie mit den Begriffen 3s-Orbital, 2p-Orbital und 3d-Orbital? TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 3

4 Orbitale Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Anorganische Chemie Professur AC I TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 4

5 3. 1. Elektronenkonfigurationen von Atomen und Ionen - Erstellen Sie sich in Vorbereitung auf das Seminar ein allgemeines Energieniveauschema der Elemente mit n=1 bis n=6 mit allen möglichen Unterniveaus! - Geben Sie die Elektronenkonfigurationen für die Elemente Ti, Cr, Cu, Gd und für die Ionen Sc 3+, Fe 3+, Mn 2+, Ti 3+, La 3+ und Yb 3+ an! - Warum ist für die Lanthaniden die Oxidationsstufe 3+ die bevorzugte Oxidationsstufe? Erklären Sie die davon abweichende relativ leichte Darstellbarkeit von Eu 2+ - und Tb 4+ -Verbindungen! - Formulieren Sie für die folgende Ionen die Konfiguration der Außenelektronen: Na +, Be 2+, Cl -, S 2- und N 3-. Welche Gemeinsamkeit liegt vor? TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 5

6 Energie Q 7s 6p P 5f O 5d 6s 5p 4d 4f N 5s 4s 4p 3d M 3p 3s 2p 2s 1s K L TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 6

7 3. 1. Elektronenkonfigurationen von Atomen und Ionen - Erstellen Sie sich in Vorbereitung auf das Seminar ein allgemeines Energieniveauschema der Elemente mit n=1 bis n=6 mit allen möglichen Unterniveaus! - Geben Sie die Elektronenkonfigurationen für die Elemente Ti, Cr, Cu, Gd und für die Ionen Sc 3+, Fe 3+, Mn 2+, Ti 3+, La 3+ und Yb 3+ an! - Warum ist für die Lanthaniden die Oxidationsstufe 3+ die bevorzugte Oxidationsstufe? Erklären Sie die davon abweichende relativ leichte Darstellbarkeit von Eu 2+ - und Tb 4+ -Verbindungen! - Formulieren Sie für die folgende Ionen die Konfiguration der Außenelektronen: Na +, Be 2+, Cl -, S 2- und N 3-. Welche Gemeinsamkeit liegt vor? TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 7

8 4. Periodische Änderung von Eigenschaften Erkennen Sie in den folgenden Paaren das jeweilige Atom oder Ion mit dem größeren Radius: Cl oder S, Cl - oder S 2-, Na oder Mg, Mg 2+ oder Al 3+! (Verallgemeinern Sie Ihre Erkenntnisse!) Warum ist die Ionisierungsenergie I 2 für Na größer als I 2 für Mg, obwohl I 1 für Na kleiner als I 1 für Mg ist? Suchen Sie für ausgewählte Elemente des PSE (H, Mg, S, Br, Pb, Tl, F, Mn, Ti, Fe, Cu, Au) nach Beispielen für Verbindungen mit dem jeweiligen Element in der höchsten und niedrigsten bekannten Oxidationsstufe! (Verallgemeinern Sie Ihre Erkenntnisse!) Erklären Sie auf der Grundlage Ihrer Kenntnisse zur periodischen Änderung von Eigenschaften der Elemente folgende Tatsachen: Zunahme der Reaktivität der Elemente der 1. Hauptgruppe von oben nach unten Pb 4+ ist ein stärkeres Oxidationsmittel als C 4+ (z. B. im CO 2 ) Zunahme der Siedepunkte der Edelgase vom He zum Xe Li + ähnelt im chemischen Verhalten dem Mg 2+ -Ion TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 8

9 Ionisierungsenergie Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Anorganische Chemie Professur AC I...Mindestenergie in ev, die benötigt wird, um aus einem Atom ein Elektron zu entfernen: A A + + e - I II III IV V VI VII VIII H Li Be Na K Rb Cs I nimmt ab Mg Ca Sr Ba Fr Ra He I nimmt zu B C N O F Ne Al Si P S Cl Ar Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Tl Pb Bi Po At Rn TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 9

10 Elektronenaffinität Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Anorganische Chemie Professur AC I...Energiebetrag in ev, der für die Anlagerung eines Elektrons an ein Atom frei wird bzw. aufgewendet werden muss A + e - A - A + e - A - + Elektronenaffinität (E A ) I II III IV V VI VII VIII H E He A nimmt ab Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra E A nimmt zu TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 10

11 Ionisierungsenergie I II III IV V VI VII VIII H Li Be Na I nimmt ab K Rb Cs Mg Ca Sr Ba Fr Ra He I B nimmt C zu N O F Ne Al Si P S Cl Ar Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Tl Pb Bi Po At Rn Elektronenaffinität I II III IV V VI VII VIII H E He A nimmt ab Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra E A nimmt zu TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 11

12 Eigenschaftsänderungen im PSE Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Anorganische Chemie Professur AC I Eigenschaft Atomradius Änderungen innerhalb einer Hauptgruppe Periode Metallcharakter Elektronegativität Elektronenaffinität (Betrag) Ionisierungsenergie TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 12

13 Erkennen Sie in den folgenden Paaren das jeweilige Atom oder Ion mit dem größeren Radius: Cl oder S, Cl - oder S 2-, Na oder Mg, Mg 2+ oder Al 3+! (Verallgemeinern Sie Ihre Erkenntnisse!) Warum ist die Ionisierungsenergie I 2 für Na größer als I 2 für Mg, obwohl I 1 für Na kleiner als I 1 für Mg ist? Suchen Sie für ausgewählte Elemente des PSE (H, Mg, S, Br, Pb, Tl, F, Mn, Ti, Fe, Cu, Au) nach Beispielen für Verbindungen mit dem jeweiligen Element in der höchsten und niedrigsten bekannten Oxidationsstufe! (Verallgemeinern Sie Ihre Erkenntnisse!) Erklären Sie auf der Grundlage Ihrer Kenntnisse zur periodischen Änderung von Eigenschaften der Elemente folgende Tatsachen: Zunahme der Reaktivität der Elemente der 1. Hauptgruppe von oben nach unten Pb 4+ ist ein stärkeres Oxidationsmittel als C 4+ (z. B. im CO 2 ) Zunahme der Siedepunkte der Edelgase vom He zum Xe Li + ähnelt im chemischen Verhalten dem Mg 2+ -Ion TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!! TU Dresden, Seminar zum Brückenkurs 2015 Folie 14