Daltonsche Atomhypothese (1808)

Ähnliche Dokumente
2. Elementare Stöchiometrie I Definition und Gesetze, Molbegriff, Konzentrationseinheiten

c = Ausbreitungsgeschwindigkeit (2, m/s) λ = Wellenlänge (m) ν = Frequenz (Hz, s -1 )

Atommodell. Atommodell nach Bohr und Sommerfeld Für sein neues Atommodell stellte Bohr folgende Postulate auf:

Die Anzahl der Protonen und Neutronen entspricht der Atommassenzahl.

Das quantenmechanische Atommodell

Aufbau von Atomen. Atommodelle Spektrum des Wasserstoffs Quantenzahlen Orbitalbesetzung Periodensystem

Atommodelle und Periodensystem

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

Übungsaufgaben zum Atomaufbau und Periodensystem mit Lösungen

3. Bausteine der Materie: Atomhülle. Form der Atomorbitale. s-orbitale kugelsymmetrische Elektronendichteverteilung

Atome und ihre Eigenschaften

3. Übung Allgemeine Chemie AC01

Das Bohrsche Atommodell

Übungsaufgaben zum Atomaufbau und Periodensystem

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

Vorlesungsteil II - Atombau und Periodensystem

Wiederholung der letzten Vorlesungsstunde:

HAW Hamburg Fachbereich HWI Hamburg, Prof. Dr. Badura B. Hamraz, O. Zarenko, M. Behrens. Chemie Testat 2. Name: Vorname: Matrikelnummer:

Atommodell führte Rutherford den nach ihm benannten Streuversuch durch. Dabei bestrahlte er eine dünne Goldfolie mit α Teilchen.

Grundlagen der Chemie Allgemeine Chemie Teil 2

Wiederholung der letzten Vorlesungsstunde:

Ferienkurs Experimentalphysik 4

Besetzung der Orbitale

Die Schrödingergleichung II - Das Wasserstoffatom

10.7 Moderne Atommodelle

Stoffmenge. Isotope Radioaktivität. Aufgabe 1-1: Welche Aussagen zum Atomaufbau treffen zu bzw. sind falsch?

Der Aufbau der Atome und das Periodensystem

Periodensystem der Elemente (PSE) Z = Ordnungszahl, von 1 bis 112 (hier)

4 Die Atombindung im Wasserstoff-Molekül

Grundlagen der Chemie

1817/29 W. Döbereiner Elementgruppen (Triaden) 1869 L. Meyer und D. Mendelejew das Periodensystem

4. Aufbau der Elektronenhülle 4.1. Grundlagen 4.2. Bohrsches Atommodell 4.3. Grundlagen der Quantenmechanik 4.4. Quantenzahlen 4.5.

Atombau, Elektronenkonfiguration und das Orbitalmodell:

9. GV: Atom- und Molekülspektren

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

Bundesrealgymnasium Imst. Chemie Klasse 4. Aufbauprinzipien der Materie Periodensystem de Elemente

5 Mehrelektronensysteme

Orbitalmodell im gymnasialen Chemieunterricht MINT-LERNZENTRUM

Basiswissen Chemie. Vorkurs des MINTroduce-Projekts

Grundlagen der Chemie Atome, Elemente und das Periodensystem

Basiswissen Chemie. Vorkurs des MINTroduce-Projekts

Atombau. Chemie. Zusammenfassungen. Prüfung Mittwoch, 14. Dezember Elektrische Ladung. Elementarteilchen. Kern und Hülle

Stoffgemisch. Reinstoff. Homogenes Gemisch. Heterogenes Gemisch. ( 9. Kl. SG - WSG 1 / 56 ) ( 9. Kl. SG - WSG 2 / 56 ) ( 9. Kl.

Atomphysik NWA Klasse 9

Youtube: Atom: Clash of Titans Science Documentary Reel Truth Science

2 Die Atombindung im Wasserstoff-Molekül

Vorlesung Allgemeine Chemie (CH01)

Thema heute: Aufbau der Materie: Das Bohr sche Atommodell

Werkstoffe in der Elektrotechnik

Grundwissen Chemie 9. Jahrgangsstufe

Atombau. Für die Bedürfnisse der Chemiker - und meist auch der Mediziner - reicht es aus, sich mit drei Elementarteilchen zu beschäftigen:

Musterlösung Übung 9

Vorlesung Chemie. Gliederung der Vorlesung. Hochschule Landshut. Fakultät für Maschinenbau. Dozenten Prof. Dr. Pettinger

Vorlesung 9: Roter Faden: Franck-Hertz Versuch. Emissions- und Absorptionsspektren der Atome. Spektren des Wasserstoffatoms. Bohrsche Atommodell

Periodensystem, elektromagnetische Spektren, Atombau, Orbitale

Das Periodensystem der Elemente

Periodensystem der Elemente (PSE) Z = Ordnungszahl, von 1 bis 112 (hier) woher kommen Zeilen und Spalten?

Die Nebenquantenzahl oder Bahndrehimpulsquantenzahl l kann ganzzahlige Werte von 0 bis n - 1 annehmen. Jede Hauptschale unterteilt sich demnach in n

Atome und Periodensystem

Welche wichtigen Begriffe gibt es?

Stoffgemisch. Reinstoff. Homogenes Gemisch. Heterogenes Gemisch. ( 8. Klasse NTG 1 / 48 ) ( 8. Klasse NTG 2 / 48 ) ( 8. Klasse NTG 3 / 48 )

FOS: Radioaktivität und Strahlenschutz. Chemische Elemente und ihre kleinsten Teilchen

Vorlesung 24: Roter Faden: Wiederholung Quantisierung der Energien in QM. Emissions- und Absorptionsspektren der Atome

Elemente der Quantenmechanik III 9.1. Schrödingergleichung mit beliebigem Potential 9.2. Harmonischer Oszillator 9.3. Drehimpulsoperator

Basiskenntnistest - Chemie

Festkörperelektronik 4. Übung

2 Periodensystem der Elemente (PSE) und Atombau

Atomaufbau. Elektronen e (-) Atomhülle

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

Chemie-Vorkurs für Pharmaziestudenten SoSe Gerd Bendas Fachbereich Pharmazie Rheinische Friedrich Wilhelms Universität Bonn

1 Atombau und Periodensystem. 1.1 Struktur der Elektronenhülle. Quantentheorie (Max Planck, 1900)

1 Elektronenhülle der Atome und Periodensystem

8 Das Bohrsche Atommodell. 8. Das Bohrsche Atommodell

Fragen zu Kapitel 1: Atome

Quantenzahlen. A B z. Einführung in die Struktur der Materie 67

er atomare Aufbau der Materie

Bundesrealgymnasium Imst. Chemie Klasse 7. Atommodell

Gesamtdrehimpuls Spin-Bahn-Kopplung

Wasser à. Nachweis: Wasser ist

Toll! Wir wissen nun eine Menge über den Bau von Atomen. Wir können Infos über Elemente aus dem PSE ablesen. Aber als Chemiker wollen wir auch

14. Atomphysik Physik für E-Techniker. 14. Atomphysik

Zusammenfassung Wasserstoffatom

ORGANISCHE CHEMIE 1. Stoff der 15. Vorlesung: Atommodell, Bindungsmodell...

Chemie der Hauptgruppenelemente

Das Rutherfordsche Atommodelle

10 Teilchen und Wellen Strahlung schwarzer Körper

Organische Chemie Chemie der Kohlenstoffverbindungen

Vom Atombau zum Königreich der Elemente

2. Übung Allgemeine Chemie AC01

Die zu dieser Zeit bekannten 63 Elemente konnten trotzdem nach ihren chemischen Eigenschaften in einem periodischen System angeordnet werden.

29. Lektion. Atomaufbau. 39. Atomaufbau und Molekülbindung

Entwicklung der Atommodelle

(a) Warum spielen die Welleneigenschaften bei einem fahrenden PKW (m = 1t, v = 100km/h) keine Rolle?

Φ muss eineindeutig sein

14. Atomphysik Aufbau der Materie

14. Atomphysik. Inhalt. 14. Atomphysik

Bauchemie Welche elementaren Teilchen enthält a) der Atomkern und b) die Atomhülle?

10. Das Wasserstoff-Atom Das Spektrum des Wasserstoff-Atoms. im Bohr-Modell:

Transkript:

Daltonsche Atomhypothese (1808) Chemische Elemente bestehen aus kleinsten, chemisch nicht weiter zerlegbaren Teilchen, den Atomen. Alle Atome eines Elementes haben untereinander gleiche Masse, während die Massen verschiedener Elemente charakteristisch voneinander verschieden sind. Bei chemischen Reaktionen werden Atome miteinander verbunden oder voneinander getrennt. Dabei werden Atome nie zerstört oder neu gebildet und kein Atom eines Elementes wird in das eines anderen Elements umgewandelt.

Elementarteilchen Teilchen Masse (g) Rel. Atommasse Ladung Elektron 9.109535 10-28 0.000548-1 Proton 1.672649 10-24 1.007276 +1 Neutron 1.674954 10-24 1.008665 0

Rutherfordsches Atommodell Im Mittelpunkt des Atoms befindet sich der Atomkern (er enthält die gesammte Masse und die positive Ladung). d 10-15 m ; ρ 10 14 g cm -3 Die negativ geladenen Elektronen nehmen fast das ganze Atomvolumen ein (d 10-10 m). Sie befinden sich ausserhalb des Kerns und umkreisen ihn in schneller Bewegung (Atomhülle). Zahl der Elektronen = Zahl der Protonen Das Atom ist 100000 mal grösser als der Kern. Der Grossteil des Atomvolumens ist leerer Raum.

Atomsymbole Atome werden durch die Ordnungszahl Z und die Massenzahl A charakterisiert. A Z E Ordnungszahl Z: Zahl der Protonen (positiven Ladungen) im Kern Massenzahl A: Gesamtzahl der Nucleonen (p + n) in AME p + n haben nahezu die Masse 1. e Masse ist vernachlässigbar. 39 19 19 K p + 20 n 19 p K

Isotope Isotope haben gleiche Protonen- und Elektronenzahl. Sie haben jedoch unterschiedliche Neutronenzahl. Ihre chemischen Eigenschaften sind gleich, ihre physikalischen Eigen-schaften können jedoch verschieden sein. Beispiele: 35 37 17Cl 17Cl 1 1H 2 1H 3 1H Deuterium Tritium

Bohrsches Atommodell Das Elektron des Wasserstoffatoms kann sich nur auf bestimmten Kreisbahnen aufhalten (Energieniveaus, Schalen). Auf diesen Bahnen bewegt es sich strahlungsfrei. Um das Elektron auf eine weiter aussen liegende Bahn zu bringen, muss ihm Energie zugeführt werden, da Arbeit gegen die elektrostatische Anziehungskraft zwischen positivem Kern und negativ geladenem Elektron geleistet werden muss.

Wenn das Elektron von einer äusseren auf eine innere Bahn springt, so wird ein definierter Energiebetrag freigesetzt und als Lichtquant emittiert. E = h ν

Kontinuierliches Spektrum des weissen Lichts

Linienspektren von Natrium und Wasserstoff

Energiezustände des Elektrons im Wasserstoffatom (Elektronenbahnen nach Bohr) = 2.18 10 J n = 1,2,3, Die möglichen Energiezustände des Wasserstoffelektrons lassen sich berechnen, wenn die elektrostatische Anziehungskraft zwischen Proton und Elektron mit der Zentrifugalkraft des kreisenden Elektrons gleichgesetzt wird.

Berechnung der Energie der Spektrallinien des Wasserstoffatoms Wenn ein Elektron von einem Ausgangszustand n A mit einer Energie E A zu einem Endzustand n E mit einer Energie E E springt, dann wird Energie freigesetzt oder verbraucht. = E A = 2.18 10 1 E 1 A J

Beispiel 1: n A = 3; n E = 4 n E > n A Das Elektron bewegt sich vom Kern weg. E > 0 = 2.18 10 1 4 1 3 J = 1.36 10 J Beispiele: n A = 3; n E = 1 n E < n A Das Elektron bewegt sich auf den Kern zu. E < 0 = 2.18 10 1 1 1 3 J = 1.94 10 J

Spektralserien des Wasserstoffatoms

Ionisierungsenergie des Wasserstoffatoms n A = 1; n E = = 2.18 10 1 1 1 J = 2.18 10 J Molare Ionisierungsenergie: = 2.18 10 J 6.02 10 mol = 1312 kj mol

Heisenbergsche Unschärfebeziehung Es ist unmöglich, Ort und Impuls eines Teilchens gleichzeitig genau zu messen. # (%&) h 4*

Materiewellen Licht: E = h ν = h h λ = mc c λ m c = h λ 2 c Für andere Teilchen gilt nach L. De Broglie: λ = h mv

Schrödinger-Gleichung a) Das Verhalten von Elektronen wird durch Wellengleichungen (Schrödingergleichung, H Ψ = E Ψ ) beschrieben. b) Nur bestimmte Lösungen sind möglich (Quantelung). c) Mehr als eine Lösung ist möglich. Jede hat eine bestimmte Energie und wird durch einen Satz von Quantenzahlen beschrieben. d) Jede Lösung oder Wellengleichung ψ beschreibt einen möglichen Zustand des Elektrons innerhalb des Atoms, den man als Orbital bezeichnet.

e) Die Lösungen der Schrödingergleichung, die Wellenfunktionen ψ beziehen sich auf die Amplitude der Elektronenwelle. Wichtiger ist jedoch die Elektronenintensität(-dichte), die sich aus dem Quadrat ψ2 der Wellenfunktion ergibt und die Wahrscheinlichkeit beschreibt, ein Elektron in einem bestimmten Segment innerhalb des Atoms (Moleküls) anzutreffen. Nur ψ2 hat physikalische Bedeutung und kann mit Messwerten korreliert werden.

Jede Lösung der Schrödingergleichung (Orbital) wird durch 3 Quantenzahlen charakterisiert: Hauptquantenzahl n Entspricht dem Energieniveau des Bohrschen Atommodells n = 1, 2, 3,... 1 = K, 2 = L, 3 = M, 4 = N usw. Je grösser der Zahlenwert, desto weiter ist das Elektron vom Atomkern entfernt und desto höher ist seine Energie.

Nebenquantenzahl l Entspricht einer energetischen Feinaufspaltung des Hauptniveaus (Unterniveaus) l = 0, 1, 2,...(n-1) n = 1 l = 0 1 Energieniveau 1s n = 2 l = 0,1 2 Unterniveaus 2s, 2p n = 3 l = 0,1,2 3 Unterniveaus 3s, 3p, 3d n = 4 l = 0,1,2,3 4 Unterniveaus 4s, 4p, 4d, 4f Die Energie der Unterniveaus nimmt mit steigenden l zu. z.b. Energie 3s < 3p < 3d

Magnetquantenzahl m Jedes Unterniveau besteht aus 2l + 1 Orbitalen m = l, (l 1),..., 0, +(l 1), + l Unterniveau: s p d f l = 0 1 2 3 Zahl der Orbitale: 1 3 5 7 n, l und m ergeben sich als Lösungen der Schrödinger-Gleichung.

Die vollständige Charakterisierung der Elektronen erfordert eine 4. Quantenzahl. Spinquantenzahl s Das Elektron ist ein kleiner Magnet. (Deutung: ständige Drehung um die eigene Achse. Eine rotierende Ladung erzeugt ein Magnetfeld.) 1 1 s =+ ; 2 2 Zwei Elektronen mit verschiedenen s-werten besitzen einen entgegengesetzten Spin.

Aussagen der 4 Quantenzahlen über den Zustand eines Elektrons n bezeichnet das Hauptenergieniveau und den mittleren Abstand vom Atomkern. l bezeichnet das Energieunterniveau und die Gestalt des Orbitals. m bezeichnet die räumliche Orientierung des Orbitals. s bezeichnet den Spin des Elektrons.

Atomstruktur und Periodensystem θ Kern r Ψ = R n,l (r) Y l,m (θ, φ) φ radialer Teil Elektron Die Genzbedingungen für das Elektron in einem Atom ergeben sich aus dem Kugelkoordinatensystem mit r, θ und φ. Beachte jedoch: Der Ort des Elektrons ist unbestimmt, damit seine Energie errechnet werden kann (Heisenberg sche Unschärferelation). winkelabhängiger Teil n: Hauptquantenzahl, 1,2,3, bestimmt Energie des Orbitals (für H ausschliesslich die Energie) l: Nebenquantenzahl, 0,1,2, n-1 Typ bzw. Form des Orbitals, Energie des Orbitals für Mehrelektronensysteme l = 0: s-orbital, l = 1: p-orbital, l = 2: d-orbital m: Magnetquantenzahl, -l, -l+1,..0..l-1, l 2l+1 Werte insgesamt Orientierung des Orbitals.

Atomstruktur und Periodensystem Das H Atom: Einelektronensystem Orbitalenergieniveau-Schema für das H-Atom. Für n > 1 sind die s, p, d Orbitale energiegleich (entartet).

R Atomstruktur und Periodensystem Wellenfunktionen R n = 1 1s r/pm Das H Atom: Einelektronensystem Der radiale Teil der Wellenfunktion physikalisch relevant: Quadrate, R 2 R 2 gibt die relative Elektronendichteverteilung als Funktion des Abstandes r vom Kern an. Diese ist für s Orbitale am Kernort maximal für alle anderen Orbitale (p,d..) ist R 2 = 0. 1Å = 100 pm R n = 2, l = 0 2s R 2 / e pm 3 n = 2, l = 0 2s R 2 / e pm 3 n = 2, l = 0 2p r/pm n = 2, l = 1 2p R r/pm r/pm r/pm Auftragung von R gegen r Auftragung von R 2 gegen r

Darstellungen der gesamten Aufenthaltswahrscheinlichkeit, Ψ 2 Konturliniendiagramm des (wasserstoffähnlichen) 2p z Orbitals für Kohlenstoff xy Knotenebene Grakikprogamme (z.b. Chem3D) zeigen Θ 2 φ 2. Die Symmetrie von Θφ wird durch Schattierung gezeigt. R 2 / e pm 3 n = 2 l = 1 r/pm

Atomstruktur und Periodensystem winkelabhängige Wellenfunktionen: θ, φ z x y + n s + + Die Valenzelektronen der Hauptgruppenelemente besetzen n s und n p Orbitale; n 1 + Symmetrie: s und d Orbitale sind gerade p-orbital sind ungerade n p x n p y n p z d- Orbitale: Wichtig für Chemie der Übergangselemente mit n 3 + + + + + + + + + + n d x 2 y 2 n d xy n d xz n d yz n d z 2

Mehrelektronensysteme Pauli Prinzip (Pauli Verbot, Ausschlussprinzip) In einem Atom stimmen niemals zwei Elektronen in allen vier Quantenzahlen überein. Oder: Ein Atomorbital kann höchstens mit zwei Elektronen, und zwar mit antiparallelem Spin, besetzt werden.

Aufbauprinzip Ein Orbitalschema wird immer bei den niedrigsten Energien beginnend zu den höchsten Energien besetzt. (Auffüllen des Schemas von unten nach oben ) Hundsche Regel Elektronen verteilen sich so auf entartete (d. h. energiegleiche) Orbitale, dass eine maximale Zahl von ungepaarten Elektronen mit parallelem Spin resultiert.

Orbitalschema eines Mehrelektronensystems E 6s 5s 5p 4d 4f 4s 4p 3d 3p 3s 2p 2s 1s

E 6s 5s 5p 4d 4f 4s 4p 3d 3p 3s 2s 2p Ca(0): 20 Elektronen 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 [Ar] 4s 2 1s

E 6s 5s 5p 4d 4f 4s 4p 3d 3p 3s 2s 2p Ni 2+ : 26 Elektronen 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 8 [Ar] 3d 8 1s

Trend der Radien im PSE Zunahm e der Hauptquantenzahl Lant hanoidenkont rakt ion Metallradien: Hälfte des Abstandes zweier nächster Nachbarn im festen Metall (Bezug auf Koordinationszahl 12)

Trend der I onisierungsenergien im PSE Erste I onisierungsenergie: A(g) A + (g) + e - (g) Links unten im PSE sind die Werte am kleinsten (nahe Cs) und rechts oben am grössten (nahe He). Das Muster der effektiven Kernladung wird abgebildet.

Trend der Elektronegativität im PSE Definition (unscharf): Fähigkeit eines Atom s, in einer Bindung Kontrolle über die gem einsam en Elektronen zu erhalten