CHEMIE KAPITEL 1 AUFBAU DER MATERIE. Timm Wilke. Georg-August-Universität Göttingen. Wintersemester 2014 / 2015

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1 CHEMIE KAPITEL 1 AUFBAU DER MATERIE Timm Wilke Georg-August-Universität Göttingen Wintersemester 2014 / 2015

2 Folie 2 Atombau und Elementarteilchen

3 Folie 3 Atommasse und Stoffmenge Stoffmenge [mol]: 12,000 g = 1 = 6, , g 1, Atome = N A 1 mol eines Stoffs enthält 6, Atome 1 mol eines Elements entspricht der relativen Atommasse in Gramm.

4 Folie 4 Lösung Aufgabe Cl Wie viel Gramm wiegen 50 Mol?

5 Folie 5 Lösung Aufgabe Cl Wie viel Gramm wiegen 50 Mol?

6 Folie 6 Lösung Aufgabe 2 Wie viel Mol entsprechen 450 g Schwefelsäure? (Relative Atommasse: H: 1,006 g/mol, S = 32,06 g/mol, O = 15,99 g/mol?

7 Folie 7 Lösung Aufgabe 2 Wie viel Mol entsprechen 450 g Schwefelsäure? (Relative Atommasse: H: 1,006 g/mol, S = 32,06 g/mol, O = 15,99 g/mol?

8 Folie 8 Lösung Aufgabe 3 Welche der folgenden Aussage(n) ist/sind korrekt? 1. Isotope eines Elements unterscheiden sich immer in ihrer Massenzahl, 2. Isotope (eines Elements) können sich auch in der Ordnungszahl unterscheiden, 3. Die Massenzahl ist die Summe der Protonen- und Elektronenzahl, 4. Die Massenzahl ist die Summe der Protonen- und Neutronenzahl.

9 Folie 9 Atombau, Quantenzahlen, Periodensystem

10 Folie 10 Bahnmodell nach Bohr Verschiedene Atome im Bahnmodell

11 Folie 11 Schalenbezeichnungen nach Bohr Die Schalen (n = 1,2,3,4, ) werden im Bohr schen Modell alphabetisch, beginnend bei K, benannt. Schale Bezeichnung 1 K 2 L 3 M 4 N

12 Folie 12 Valenzelektronen und Atomeigenschaften Valenzelektronen (Außenelektronen): Elektronen in der äußersten Schale (bzw. äußersten Orbitalen) Beteiligen sich an Bindungen Bestimmen zu einem großen Teil die Eigenschaften und Reaktionsverhalten eines Stoffes

13 Folie 13 Beispiel: Alkalimetalle Lithium Natrium Kalium Gemeinsamkeit: 1 Valenzelektron in der äußersten Schale

14 Folie 14

15 Folie 15 Auswertung Ähnliches (Reaktions-)Verhalten bei allen fünf Elementen Elemente einer Hauptgruppe besitzen ähnliche Eigenschaften Innerhalb einer Hauptgruppe werden diese Eigenschaften stärker oder schwächer

16 Folie 16 Reaktionsverhalten & Edelgaskonfiguration Elemente streben nach abgeschlossenen - das heißt vollen oder leeren - Schalen, der sogenannten Edelgaskonfiguration Elemente mit Edelgaskonfiguration sind besonders stabil (bspw. sind Helium, Argon etc. nicht brennbar) Durch das Streben nach Edelgaskonfiguration können Reaktionen vorhergesagt werden.

17 Folie 17 Beispiel Reaktion von Natrium (1 Valenzelektron) mit Chlor (7 Valenzelektronen) Na Na e - Cl + 1 e - Cl - Gesamtreaktion: Na + Cl NaCl Reaktion von Magnesium (2 Valenzelektronen) mit Chlor (7 Valenzelektronen) Mg Mg e - Cl + 1 e - Cl - 2 Gesamtreaktion: Mg + 2 Cl MgCl 2

18 Folie 18 Atombau, Quantenzahlen, Periodensystem Bohr sches Modell: Aufbau und viele Eigenschaften erklärbar Problematisch: Aufenthalt der Elektronen auf Bahnen messbar falsch Räumliche Gestalt der Moleküle nicht erklärbar

19 Folie 19 Orbitalmodell Gleich geladene Teilchen (wie bspw. 2 Plus-Pole von Magneten) stoßen sich ab. Kann eine Kreisbahn größtmöglichen Abstand gewährleisten? Messungen: Wo halten sich bestimmte Elektronen auf?

20 Folie 20 Orbitale und Quantenzahlen

21 Folie 21 Orbitalmodell Messungen: Wo halten sich bestimmte Elektronen auf? Orbital: Beschreibt ein Volumen in der Kernumgebung, in welchem man das Elektron mit 90%-iger Wahrscheinlichkeit antrifft

22 Folie 22 Warum das Orbitalmodell? Im Bohr schen Modell unterscheiden sich Elektronen einer Schale nicht hinsichtlich ihrer Eigenschaften. werden Schalen willkürlich besetzt. Im Orbitalmodell unterscheiden sich Elektronen einer Schale hinsichtlich ihrer Eigenschaften. werden Schalen in festgelegter Reihenfolge besetzt.

23 Folie 23 Bonus Das Orbitalmodell ist das zutreffendste Modell der Wirklichkeit (bis jetzt), kann die räumliche Gestalt von Molekülen erklären und erklärt die chemische Bindung (Doppel-, Dreifachbindung etc.) deutlich einfacher.

24 Folie 24 Orbitalmodell und Quantenzahlen Hauptquantenzahl n: n = 1,2,3 Beschreibt die Schale des Elektrons Werte: n = 1,2,3, Nebenquantenzahl l: l = n-1 Beschreibt die Form des Orbitals. Werte: 0,1,2, l = 0 s-orbital l = 1 p-orbital l = 2 d-orbital l = 3 f-orbital Magnetquantenzahl m (Orientierung des Elektrons bei Magnetfeld) Spinquantenzahl s (Elektronenspin)

25 Folie 25 Orbitale Merkregel: Je größer die Schale (n), desto mehr Elektronen beinhaltet sie. Elektronenschale Bezeichnung Reihenfolge Hauptquantenzahl n Maximale Elektronenzahl K L M N

26 Folie 26 Exkurs Wie viele Elektronen pro Schale...? Unterschalen? Orbitale pro Unterschalen? Nebenquantenzahl?

27 Folie 27 Schalen Die Anzahl der Unterschalen (l) pro Schale (n) wird durch l = (n 1) bestimmt. Für n = 3 gibt es demnach 3 Unterschalen: 0,1 und 2. Diese werden als 3s (l = 0), 3p (l = 1) und 3d (l = 2) bezeichnet. Pro Unterschale gibt es 2l + 1 Orbitale 3s 1 Orbital, 3p 3 Orbitale, 3d 5 Orbitale

28 Folie 28 Orbitale Wiederholung: Die Nebenquantenzahl l wird durch n-1 bestimmt. Nebenquantenzahl l Bezeichnung der Unterschale Anzahl der Orbitale Elektronen pro Orbital (Pauli) Maximale Elektronenzahl s p d f

29 Folie 29 Zusammenfassung Elektronenschale Hauptquantenzahl n Nebenquantenzahl l Unterschalen Maximale Elektronenzahl (s) (s,p) (2+6 =) (s,p,d) (2+6+10=) (s,p,d,f) ( =) 32

30 Folie 30 Wie werden Orbitale besetzt? Anders als bei Bohr: Festgelegte Reihenfolge (rote Pfeile) Für Interessierte: d-orbitale werden aus Stabilitätsgründen erst nach den nächsthöheren s- Orbitalen besetzt)

31 Folie 31 Wie werden Orbitale besetzt? 23 Beispiel: Natrium. ( 11Na )

32 Folie 32 Wie werden Orbitale besetzt? Elektronenkonfiguration Natrium: 1s² 2s² 2p 6 3s 1

33 Folie 33 Aufgaben Elektronenkonfiguration Natrium: 1s² 2s² 2p 6 3s 1 7 Weitere Beispiele: Lithium ( 3 Li), Kohlenstoff ( 6 C Sauerstoff ( 8 O), Neon ( 10 Ne), Eisen ( 26 Fe 56 ) 12 ),

34 Folie 34 Rechtliches Abbildungsnachweis: Folie 2: Folie 7: Copyrightvermerk und Lizenzen: Alle Rechte an den Inhalten dieser elearning-materialien liegen beim Autor oder den jeweiligen Urheberrechtsinhabern. Sämtliche Bilder und Texte sind entweder vom Autor selbst fotografiert, verfasst oder sind gemeinfrei, es sei denn, es ist eine andere Quelle angegeben. Kein Teil dieses Materials darf ohne ausdrückliche schriftliche Genehmigung des Autors veröffentlicht, vervielfältigt oder für Internet-Seiten verwendet werden, auch nicht in abgeänderter Form. Die Daten oder Teile der Homepage dürfen nicht auf fremden Datenträgern, Kopien, Druckwerken, auf CD-ROM oder anderen Datenspeichermöglichkeiten erscheinen. Haftungsausschluss: Die Benutzung der hier vorliegenden Informationen geschieht auf vollkommen eigene Verantwortung. Haftung für Schäden oder Verluste, die beim Umgang mit den hier beschriebenen Stoffen oder bei der Durchführung von chemischen Versuchen entstehen, ist ausgeschlossen; ebenso wie Schadensersatzforderungen oder Gewährleistungsansprüche aufgrund falscher oder fehlender Angaben. Die Angaben zu den Stoffen und Experimentieranleitungen wurden jedoch sorgfältig und nach bestem Gewissen erstellt und sind in jedem Falle zu beachten,.