Grundlagen der Chemie

Grundlagen der Chemie
Prof. Dr. Sabine Prys
•
Allgemeine Chemie
•
– Atombau,
Elektronenkonfigurationen,
Periodensystem
– Bindungslehre
•
Organische Chemie
– Grundbegriffe
– Nomenklatur
•
Thermodynamik
– Energieerhaltung
– Gasgesetze
– Arbeit , Energie, Ethalpie,
Entropie
Anorganische Chemie
– Redoxreaktionen, Säuren
und Basen
– Nomenklatur
Naturwissenschaftliche Grundlagen
@designed by ps
Lernmechanismus
Gedächtnismodell nach Atkinson & Shiffrin
Kurzzeitgedächtnis
akkustische Speicherung
Umweltinformation
Selektive
Aufmerksamkeit
1
2
3
4
5
6
7
Langzeitgedächtnis
semantische Speicherung
Vertiefendes
Wiederholen
Vergessen durch
Störung
10.10.2011
Vergessen durch
Ersetzen
2
1
Skripte & Literatur
http://webuser.hs-furtwangen.de/~neutron/lehrveranstaltungen.html
Empfohlene Literatur
Übungsfragen
Atomphysik - Periodensystem
Prof. Dr. Sabine Prys
Naturwissenschaftliche Grundlagen
@designed by ps
2
Inhalte
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Grundbegriffe und Einheiten
Materiebegriff
Atommodell
Periodensystem
Standardmodell
Antimaterie
1 Einige Grundbegriffe
Masse
Molzahl
Zeit
Länge
Druck
Dichte
Wirkungsgrad
m
n
t
l oder r
p
ρ
η
Atommasse
Teilchenzahl
Temperatur
Fläche
Volumen
Energie
Wärme
Arbeit
Entropie
Enthalpie
M
N
T
Fl
V
E
Q
W
S
H
3
1.1 Physikalische Einheiten
Länge
Fläche
Volumen
Kraft
Druck
Energie
Temperatur
Zeit
Stoffmengen
l
Fl
V
F
p
E
T
t
n
[m]
[m2]
[m3]
[N]
[Pa = N/m2 = kg/(m.s2)]
[J = Nm = kg.m2/s2]
[K]
[y(a),m,d,min,s]
[mol]
1.1.1 Das SI-System
SI = Système International d' Unités
IS = International System of Units
Basisgröße
Basiseinheit Abkürzung
Länge
Masse
Stromstärke
Zeit
Temperatur
Lichtstärke
Stoffmenge
Ebener Winkel
Raumwinkel
Meter
Kilogramm
Ampere
Sekunde
Kelvin
Candela
Mol
Radiant
Steradiant
m
kg
A
s
K
cd
mol
rad
sr
http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/general/si.html
4
1.1.2 Avogadrozahl und Mol
Avogadrozahl:
Anzahl von Atomen oder Molekülen in der Stoffmenge von einem Mol
CODATA-Empfehlung (2002)
NA
= 6,0221415(10) 1023 mol − 1
1 Mol = NA Teilchen
1 Mol = Molekulargewicht, angegeben in Gramm
1 Mol He = 4,003 g
1 Mol N2 = 14,007 x 2
= 28,014 g
1 Mol NaCl = 22,990 + 35,453 = 58,443 g
http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html
1.1.2.1 Umrechnungen mithilfe der
Avogadrozahl NA
•
Universelle Gaskonstante (R)
Boltzmannkonstante (kB)
R = N A ⋅ kB
•
Faraday Konstante (F)
Elementarladung (e)
F = NA ⋅e
•
Molmasse (M)
Teilchenmasse (mM)
Teilchenmenge (m)
Molzahl (n)
M = N A ⋅ mM =
•
m
n
N = N A ⋅VM 0
L
Loschmidt Konstante
Molvolumen bei Normalbedingungen (VM0)
5
1.1.3 Atomic Unit u
12 g C ≡ 6,0221415(10) 1023 C-Atome
1 C − Atom ≅
1u =
12
[g ] = 12 u
6,022 ⋅10 23
1
[g ]
6,022 ⋅10 23
http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html
1.1.4 Druck
p=
F
S
Druck = Kraft / Fläche
Pascal: Pa = N/m2 = kg/m s2
1bar = 100 000 Pa ~ atmosphärischer Luftdruck
Normaldruck
Standarddruck
p = 1 atm = 101,325 kPa = 1013,25 mbar
p = 1 atm = 101,325 kPa = 1013,25 mbar
http://www.ebgymhollabrunn.ac.at/ipin/ph-druck.htm
http://cicum92.cup.uni-muenchen.de/puchinger/glossar/glossarB2.html
6
1.1.5 Abgeleitete Größen
Geschwindigkeit v
v=
l
t
Strahlungsdosis D
l
t
D=
= Weg
= Zeit
[m]
[s]
E
m
E = Energie
m = Masse
[J]
[kg]

J 
Sv
=

kg 

m
 s 
http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/general/si.html
Geometrie
Wie berechnet man
–
–
–
–
–
–
Kreisumfang
Kreisfläche
Kugeloberfläche
Kugelvolumen
Zylindervolumen
Quadervolumen
?
7
1.1.6 Der Raumwinkel
Sx
Graphik: http://de.wikipedia.org
Der Raumwinkel Ω ist definiert als die auf eine Kugel projizierte Fläche geteilt durch
das Quadrat des Radius dieser Kugel. Der Raumwinkel kann z.B. durch einen
Lichtkegel visualisiert werden. Zur Ermittlung eines Raumwinkels benötigt man eine
Fläche zusammen mit einem Ursprung der Kugel. In der Strahlungsmesstechnik
entspricht der Ursprung dem Ort der Strahlungsquelle und die Fläche der
Detektorfläche
S
Ω=
r2
1.1.6.1 Die Einheit des
Raumwinkels
Raumwinkel: Verhältnis zweier Flächen
SI-Name:
Steradiant
Einheit-Zeichen
sr
SI
1 m²/m²;
1 sr = 1 m²/m² = 1
das Einheit-Zeichen sr kann auch weggelassen werden (nicht
jedoch bei Anwendungsfeldern, bei denen intensiv mit
Raumwinkeln gerechnet wird, z.B. in der Lichttechnik).
Die SI-Einheiten für Lichtstärke und Lichtstrom unterscheiden sich
nur durch Steradiant.
8
Übungsaufgabe
?
Wie groß ist der Raumwinkel der vollen
Kugeloberfläche ?
1.1.6.2 Sinusschwingung
Sinus und Kosinus sind elementare
mathematische Funktionen
– die eine Schwingung beschreiben
können: y=sin(x)
y =cos(x)
– die die Seitenlängenverhältnisse
im Dreieck beschreiben können
Gegenkathete
Hypothenuse
Ankathete
cos( x) =
Hypothenuse
sin( x) =
Graphik: http://de.wikipedia.org
9
1.1.6.3 Polarkoordinaten der
Ebene
Die Polarkoordinaten (Kreiskoordinaten) eines Punktes in der
euklidischen Ebene werden in Bezug zu einem Koordinatenursprung
(einem Punkt der Ebene) und einer Polarkoordinatenrichtung (ein im
Koordinatenursprung beginnender Strahl) angegeben
Graphik: http://de.wikipedia.org
1.1.6.4
Polarkoordinatenumrechnung
Polar zu kartesisch lässt sich folgendermaßen umrechnen:
x = r cos ( φ )
y = r sin ( φ )
Für kartesisch zu polar gelten die folgenden Formeln:
r = x2 + y2
 x
für y ≥ 0
r
x
ϕ = − arccos  für y < 0
r
ϕ = arccos 
10
1.1.6.5 Raumwinkel und
Polarkoordinaten
Ein Punkt in der Ebene lässt sich in Polarkoordinaten durch (Flächen-) Winkel
und Radius angeben. Auch im Raum gibt es ein solches Koordinatensystem.
Der Raumwinkel ist dafür jedoch nicht ausreichend. Neben dem Radius sind
immer die zwei Flächenwinkel Meridianwinkel φ und Breitenwinkel γ nötig.
Allerdings besteht ein Zusammenhang zwischen dem Raumwinkel Ω und den
beiden Winkeln der Raumpolarkoordinaten:
Ω=
ϕ2 γ 2
∫ ∫ sin γ ⋅ dγ ⋅ dϕ
ϕ1 γ 1
Graphik: http://de.wikipedia.org
1.1.6.6 Polarkoordinaten des
Raumes
In räumlichen Polarkoordinaten wird ein Punkt durch seinen Abstand vom
Ursprung r , sowie durch zwei Winkel θ und ϕ angegeben. Wenn der Abstand
vom Ursprung konstant ist (auf einer Sphäre), benötigt man nur die zwei
Winkel, um einen Punkt eindeutig zu bezeichnen, und spricht dann von
sphärischen Koordinaten. Der Begriff Kugelkoordinaten kann als
Oberbegriff für diese beiden Fälle angesehen werden.
Graphik: http://de.wikipedia.org
11
1.2 Vorsilben
Vorsilbe Abkürzung Zehnerpotenz Dezimalzahl
FemtoPicoNanoMikroMilliKilo
Mega
Giga
Tera
Peta
f
p
n
µ
m
k
M
G
T
P
10 E-15
10 E-12
10 E-09
10 E-06
10 E-03
10 E+03
10 E+06
10 E+09
10 E+12
10 E+15
0.000 000 000 000 001
0.000 000 000 001
0.000 000 001
0.000 001
0.001
1000
1000000
1000000000
1000000000000
1000000000000000
http://physics.nist.gov/cuu/Units/prefixes.html
1.3 Griechische Buchstaben
Α
Β
Γ
∆
Ε
Ζ
Η
Θ
Ι
Κ
Λ
Μ
α
β
γ
δ
ε
ζ
η
θ, ϑ
ι
κ
λ
µ
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Alpha
Beta
Gamma
Delta
Epsilon
Zeta
Eta
Theta
Jota
Kappa
Lambda
My
Ν
Ξ
Ο
Π
Ρ
Σ
Τ
Υ
Φ
Χ
Ψ
Ω
υ
ξ
ο
π
ρ
σ
τ
υ
φ, ϕ
χ
ψ
ω
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Ny
Xi
Omikron
Pi
Rho
Sigma
Tau
Ypsilon
Phi
Chi
Psi
Omega
12
1.4 Differenzen und Summen
•
Differenz
Differenzenquotient
Steigung einer Geraden
•
•
Differential
•
Differentialquotient
Steigung einer Kurventangenten
•
Summe
•
Endzustand – Ausgangszustand
∆y y2 − y1
∆E = E2 − E1
S=
=
∆x x2 − x1
Unendliche kleine Größe
dy
dE = lim ∆E
y' =
∆E → 0
dx
Addition kleiner Größen
n
Σ = ∆x1 + ∆x2 + ∆x3 + ...∆xn = ∑ ∆xi
i =1
•
Integral
•
Addition unendlich kleiner Größen
n
n
∫ dx = lim ∑ ∆x
i =1
∆x →0
i =1
i
1.5 Geraden und Ebenen
• Gerade:
• Ebene:
– Wird durch mindestens 2
Punkte beschrieben
– Wird durch mindestens 3
Punkte beschrieben
Y = ax + b
a = Steigung
b = Schnittpunkt mit YAchse
Z = ax + by + c
13
2 Was ist Materie ?
Was ist Materie ?
Was ist ein Stoff ?
Materieaggregationen
2.1 Masse-Energie
Das Weltall besteht aus Materie und strahlender Energie.
Materie ist jegliche Art von Masse -Energie,
die sich langsamer als Licht fortbewegt,
strahlende Energie dagegen, ist jegliche Art von Masse-Energie,
die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt
Linus Pauling
E = m.c2
14
2.4 Atome, Elemente, Verbindungen
Atome
Unter Atomen versteht man die kleinsten Bestandteile der der
chemischen Elemente, die dessen Eigenschaften aufweisen
Chemisches Element
Unter einem chemischen Element versteht man einen Stoff,
der sich chemisch nicht mehr weiter in andere Stoffe zerlegen
lässt.
Chemische Verbindung
Unter einer chemischen Verbindung versteht man einen Stoff,
der aus Atomen mehrerer verschiedener Elemente besteht
und einheitliche physikalisch-chemische Eigenschaften wie
z.B. Schmelz- und Siedepunkt aufweist.
3 Atommodelle
Vordenker:
• Demokrit (ca. 500 v.Chr.): Alle Stoffe bestehen aus definierten
kleinsten Teilchen den Atomen von Atomos Teilchen des Unteilbaren
• Daniel Sennert (1618): Gesetz der Erhaltung der Elemente. Bei einer
chemischen Reaktion gehen Elemente weder verloren, noch werden
Elemente neu geschaffen.
• Robert Boyle (1661): Elemente sind bestimmte primitive und einfache,
völlig unvermischte Körper, sie enthalten keine anderen Körper, sie
sind Zutaten, aus denen alle perfekt gemischten Körper
zusammengesetzt sind und in welche diese letztlich zerlegt werden.
• Antoine Laurent de Lavoisier (1785): Gesetz der Erhaltung der Masse.
Die Summe der Massen der Edukte ist stets gleich der Summe der
Massen der Produkte.
• Jeremias Benjamin Richter (1791/92): Gesetz der äquivalenten
Proportionen.
15
3.3.1 Das RUTHERFORD-Experiment
α
Goldfolie
Film
Streuung von Alphateilchen an Goldfolie erklärbar
Berechnung einfacher Atomspektren möglich
3.4 Das BOHRsche Atommodell
φ = 10-7 - 10-10 m
Kern:
Protonen
Neutronen
(+)
(n)
Elektronenhülle:
Elektronen
(-)
Postuliert stabile Elektronenbahnen !
16
3.4.1 Stabile Elektronenbahnen
1. BOHRsche Quantenbedingung:
stabile Bahnen wenn das Produkt aus Kreisumfang und Elektronenimpuls ein
Vielfaches des PLANCKschen Wirkungsquantums h ist
(2 ⋅ π ⋅ rn ) ⋅ (me ⋅ vn ) = n ⋅ h
n = Schalennummer, rn = Radius Schale n, me = Elektronenmasse, vn = Impuls
Schale n
2. BOHRsche Frequenzbedingung:
Durch Energiezufuhr ist ein Übergang zwischen den Bahnen möglich, wenn
absorbierte Energie genau der Energiedifferenz ∆E zwischen den Bahnen
entspricht:
∆E = h ⋅ν = E2 − E1
E1 = Energie Schale 1, E2 = Energie Schale 2, ν = Frequenz
3.4.2 Elektronen Schalen
2n2 Elektronen pro Schale
E
n = 4 N-Schale
n = 3 M-Schale
n = 2 L-Schale
n = 1 K-Schale
1 Z ⋅ e 2 me ⋅ Z 2 ⋅ e 4
En = − ⋅
=
2 rn
2 ⋅ n2 ⋅ h2
En
n
Z
e
rn
me
=
=
=
=
=
=
h =
Schalenenergie
Schalennummer
Ordnungszahl
Elementarladung
Orbitalradius
Elektronenmasse
h / 2π
17
3.4.2.1 Angeregte Zustände
Grundzustand = energetisch niedrigste Elektronenkonfiguration
Angeregte Zustände = Elektronenkonfigurationen wo nach Energiezufuhr
höhere Energieniveaus besetzt werden
(z.B. durch Photonenabsorption oder durch unelastische Stösse)
Der Zerfall in der Grundzustand erfolgt entweder induziert oder spontan und
wird entweder begleitet von Strahlungsemission (Photonenaussendung)
oder strahlungslos durch Aussenden weniger fest gebundener Elektronen
(Auger-Elektronen)
Beispiel: die Flammenfärbung von Alkali- und Erdalkalimetallen durch
Stossanregung zwischen Atomen und Molekülen in der heissen Flamme
3.4.3 Die Wasserstoffspektrallinien
Spektrum des Wasserstoffatoms
P
O
N
M
L
PFUND
BRACKETT
PASCHEN
BALMER
K
LYMAN
Spektralserien
18
3.4.4 Das Wasserstoffspektrum
http://www.physics.utoledo.edu/
3.4.4.1 Flammenfärbung
Geräte:
Chemikalien:
Durchführung:
Beobachtung:
Erklärung:
Entsorgung:
Bunsenbrenner, Gasanzünder, Magnesiastäbchen, Uhrglas
Salzsäure (HCl) Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Kupferchlorid (CuCl2),
Bariumchlorid (BaCl2), Calciumchlorid (CaCl2), Magnesiumchlorid (MgCl2)
HCl auf das Uhrglas geben, Magnesiastäbchen ausglühen heißes Magnesiastäbchen
in Salzsäure tauchen,
anschließend feuchtes, heißes Magnesiastäbchen in eines der Salze tauchen,
Stächen mit dem Salz in die nichtleuchtende Flamme des Bunsenbrenners halten.
spezifische Flammenfärbung:
Calcium
rot,
Barium
grün
Kupfer
blaugrün,
Kalium
fliederfarben
Natrium
gelb,
Magnesium
grau
Diese Elemente senden bei Temperatur des Bunsenbrenners Licht von bestimmter
Farbe aus.
Magnesiastäbchen: Abfall, Säure: Behälter I
19
3.4.4.2 Elementanalyse
Flammenfärbung verschiedener Metalle:
Kupferacetat
Eisen
Kaliumiodid
Strontiumnitrat
Magnesium
Natriumchlorid
http://www.experimentalchemie.de/
3.4.5 Relativer Atomdurchmesser
Haselnuss
100 m
1 cm
20
3.5 Wellenmechanisches
Atommodell
Elektron = stehende Welle
Wellenfunktion eines Elektrons
Ψ (r,E)
Aufenthaltsbereich eines Elektrons
Ψ 2(r,E)
SCHRÖDINGER-Gleichung
HΨ = EΨ
EΨ
Energiezustände eines Elektrons
E
Kernabstand
r
3.5.1 Stehende Welle
l = n⋅
λ
2
n = 1,2,3,4,...
http://uni-ka.lanable.de/html/exphys1/exse18.htm
21
3.5.2 Wellenmechanikprinzipien
Quantenmechanik
•
Welle – Teilchen Dualismus
•
Wellenmechanik: Teilchen
1.
2.
3.
4.
λ=
h
p
Wellenfunktion Ψ
komplexwertig
keine Messgröße
Ψ2 (Betragsquadrat) Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Teilchens
Ψ (r,θ,ϕ,t) SCHRÖDINGER-Gleichung
3.5.2.1 Klassische Teilchen
klassische Teilchen sind Bausteine der Materie, wie in der klassischen
Physik verstanden, wird mit folgenden Eigenschaften:
•
•
•
Ort:
Impuls:
Masse:
x
•
keine Unschärferelation (Ort und Impuls können beliebig genau
bestimmt werden)
p = m⋅v =
m
E h ⋅ν
=
c
c
22
3.5.2.2 DE BROGLIE-Wellenlänge
•
DE BROGLIE: auch massereiche Teilchen haben Wellencharakter
– 1923 "Dualität von Welle und Korpuskel"
– 1927 Bestätigung durch Doppelspaltexperiment von Clinton
Davisson und Lester Germer
•
Hat das Teilchen einen Impuls p, so ist seine Wellenlänge λ :
λ=
h
p
p=
h ⋅ν
c
λ=
c
ν
c = Lichtgeschwindigkeit (299792458 ms-1)
h = PLANCKsches Wirkungsquantum
ν = Frequenz der Lichtwelle
3.5.2.3 Welle-Teilchen-Dualismus
•
•
Wellen haben auch Teilchencharakter
Teilchen haben auch Wellencharakter.
•
Es sind stets beide Eigenschaften vorhanden
•
Art der Beobachtung bedingt die Art der Erscheinung:
mikroskopische Wellenperspektive oder makroskopische
(und somit unscharfen) Teilchenperspektive
23
3.5.2.4 Natur von Wellen und
Teilchen
Wellennatur
Teilchennatur
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Wellenlänge, Amplitude
Wellenfunktion Ψ
Orbitale Ψ2
Interferenzen
Stehende Wellen
Ausbreitungsgeschwindigkeit
Energie: E = h.ν
Masse, Impuls
Flugbahnen
Ionisationsvermögen
Geometrische Optik (Newton)
Geschwindigkeit
Energie: E = ½ m.v2
3.5.2.5 Interferenzen
http://de.wikipedia.org/
24
3.5.3 Die Unschärferelation
•
Für ein quantenmechanisches Teilchen ist es unmöglich Ort x
und Impuls p gleichzeitig beliebig genau zu messen
∆x ⋅ ∆p =
•
Der Zeitpunkt t eines Vorganges und die dabei übertragene
Energie E lassen sich nicht gleichzeitig messen
∆t ⋅ ∆E =
•
h
2
h
2
Je genauer eine dieser Größen bestimmt wird, desto ungenauer
erscheint die andere !
Quantenmechanische Aussagen sind Wahrscheinlichkeitsaussagen !
3.5.3.1 PLANCKsches
Wirkungsquantum
•
Definition der Energie E:
E = h⋅
c
λ
h = 6,626 068 76 ⋅10 −34 Js
c = Lichtgeschwindigkeit, λ = Wellenlänge
•
h hat die Dimension einer Wirkung !
25
3.5.3.2 Energiebegriffe
•
Schwingungsenergie
h = Plancksches Wirkungsquantum
ν = Schwingungsfrequenz
c = Lichtgeschwindigkeit
λ = Wellenlänge
•
Bewegungsenergie
m = Masse
v = Geschwindigkeit
•
Wärmeenergie
kB = Boltzmannkonstante
T = absolute Temperatur
E = h ⋅υ = h ⋅
E=
1 2
mv
2
E=
3
k BT
2
c
λ
Welche anderen Energiebegriffe gibt es noch ?
3.5.5 Stehende Wellen
Stehende Wellen
• sind Wellen, bei denen die räumliche Lage der Schwingungsbzw. Wellenbäuche und –knoten sich zeitlich nicht ändert;
• sind Wellen, die keine Energie transportieren
Für die Strecke l, auf der die Schwingung stattfindet, muss gelten,
dass sie ein Vielfaches n der Wellenlänge λ ist.
l = n⋅
λ
2
n = 1,2,3,4,...
l
d
http://unika.lanable.de/html/exphys1/
exse18.htm
26
3.5.5.1 Stehende Wellen (a)
l = n⋅
λ
l
2
n = 1,2,3,4,...
d
d
n = 1 Grundschwingung
n = 2 1. Oberschwingung
d
d
n = 3 2. Oberschwingung
n = 4 3. Oberschwingung
3.5.5.3 Stehende Wellen (c)
330,00
35,00
325,00
40,00
320,00
45,00
315,00
50,00
310,00
55,00
305,00
60,00
300,00
65,00
295,00
70,00
290,00
75,00
285,00
80,00
280,00
85,00
275,00
90,00
270,00
95,00
265,00
100,00
260,00
105,00
255,00
110,00
250,00
115,00
245,00
120,00
240,00
125,00
235,00
130,00
230,00
135,00
225,00
140,00
220,00
145,00
215,00
150,00
210,00
155,00
205,00
160,00
200,00
165,00
195,00
170,00
190,00
185,00 180,00
175,00
n = 1 Grundschwingung
340,00
25,00
335,00
30,00
330,00
35,00
325,00
40,00
320,00
45,00
315,00
50,00
310,00
55,00
305,00
60,00
300,00
65,00
295,00
70,00
290,00
75,00
285,00
80,00
280,00
85,00
275,00
90,00
270,00
95,00
265,00
100,00
260,00
105,00
255,00
110,00
250,00
115,00
245,00
120,00
240,00
125,00
235,00
130,00
230,00
135,00
225,00
140,00
220,00
145,00
215,00
150,00
210,00
155,00
205,00
160,00
200,00
165,00
195,00
170,00
190,00
185,00 180,00
175,00
n = 3 2. Oberschwingung
360,00 5,00
355,00
10,00
350,00
15,00
345,00
20,00
340,00
25,00
335,00
30,00
330,00
35,00
325,00
40,00
320,00
45,00
315,00
50,00
310,00
55,00
305,00
60,00
300,00
65,00
295,00
70,00
290,00
75,00
285,00
80,00
280,00
85,00
275,00
90,00
270,00
95,00
265,00
100,00
260,00
105,00
255,00
110,00
250,00
115,00
245,00
120,00
240,00
125,00
235,00
130,00
230,00
135,00
225,00
140,00
220,00
145,00
215,00
150,00
210,00
155,00
205,00
160,00
200,00
165,00
195,00
170,00
190,00
185,00 180,00
175,00
n = 2 1. Oberschwingung
360,00 5,00
355,00
10,00
350,00
15,00
345,00
20,00
340,00
25,00
335,00
30,00
330,00
35,00
325,00
40,00
320,00
45,00
315,00
50,00
310,00
55,00
305,00
60,00
300,00
65,00
295,00
70,00
290,00
75,00
285,00
80,00
280,00
85,00
275,00
90,00
270,00
95,00
265,00
100,00
260,00
105,00
255,00
110,00
250,00
115,00
245,00
120,00
240,00
125,00
235,00
130,00
230,00
135,00
225,00
140,00
220,00
145,00
215,00
150,00
210,00
155,00
205,00
160,00
200,00
165,00
195,00
170,00
190,00
185,00 180,00
175,00
n = 4 3. Oberschwingung
Polarkoordinatendarstellung
27
3.5.7 Der Drehimpuls des
Elektrons
•
Ein Elektron mit der Masse m und
der Ladung e, das sich mit der
r
Geschwindigkeit v auf einem Kreis
r
mit dem Radius r bewegt hat ein
r
magnetisches Dipolmoment
µ und
r
einen Drehimpuls L von:
r r r
L=r×p
r
r
p = m⋅v
r
L
r
r
m,-e
Bahndrehimpuls
r
v
r
µ
Linearer Impuls
r r
L ,µ
(2 ⋅ π ⋅ r ) ⋅ ( m ⋅ v ) = n ⋅ h
gekoppelt
3.5.8 Der Spin des Elektrons
Elektronen weisen eine Drehung um die eigene Achse auf, damit
verbinden ist ein Eigendrehimpuls, den man auch als Spin
bezeichnet
r
S
Der Betrag des Spins kann die Werte annehmen:
S = s⋅h
Für das Elektron kann der Betrag des Spins nur sein:
s = ±1 2
28
3.5.9 Materiewellen
Materiewelle
L = l ⋅h
•
Die Forderung im Bohrschen Atommodell, dass der Drehimpuls L
ein ganzzahliges Vielfaches von h = h / 2π ist, kann anschaulich
damit erklärt werden, dass eine Elektronenwelle um den Kern
"herumgewickelt" wird (l = Bahndrehimpulsquantenzahl). Wellen mit
einer Wellenlänge, die nicht Teiler des Umfangs ist, überlagern sich
bei mehrmaligem Wickeln destruktiv. Möglich - "erlaubt" - sind also
nur Wellen mit einer Wellenlänge, die den Umfang teilt. Dadurch
ergeben sich nach Bohr die diskreten Orbitale der Elektronen.
http://de.wikipedia.org
3.5.10 Quantenzahlen
Quantenzahlen sind einfache Zahlen, die den Zustand eines
quantenphysikalischen Systems beschreiben.
Durch einen vollständigen Satz von Quantenzahlen ist der Zustand
des Systems eindeutig festgelegt
29
3.5.10.1 Elektronenquantenzahlen
Quantenzahl
Hauptquantenzahl
Nebenquantenzahl
Magnetquantenzahl
Symbol
n
l
m
erlaubte Werte
1,2,3,4,5,...
0,1,2, ... (n-1)
0,±1,±2, ... ,± l
Bedeutung
Kernabstand, Energie
Bahndrehimpuls
Drehimpulsorientierung
Spinquantenzahl
s
±½
Eigendrehimpuls
der Bahndrehimpuls gibt den Orbitaltyp (s,p,d,f..) an;
die Drehimpulsorientierung gibt die Orbitallage .(bei p: x,y,z, etc) an
3.5.10.2 „Elektronenschalen“
•
Alle Zustände mit demselben Wert für n bilden eine Schale,
– es gibt 2n2 Zustände in einer Hauptschale;
•
Alle Zustände mit den selben Werten für n und l bilden eine
Unterschale,
– Alle Zustände in einer Unterschale haben dieselbe Energie
– Es gibt 2(2l +1) Zustände in einer Unterschale.
30
3.5.10.3 Elektronenkonfigurationen
I
Element
n
l
m
s
H
1
0
s1
0
+1/2
0
s2
0
+1/2,-1/2
1
2
0
0
s2
s1
0
0
+1/2,-1/2
+1/2
Be
1
2
0
0
s2
s2
0
0
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
B
1
2
0
0
1
s2
s2
p1
0
0
0
px1
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2
0
0
1
s2
0
0
0
1
px1
py1
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2
+1/2
He
Li
C
1
1
2
s2
p2
3.5.10.4 Elektronenkonfigurationen
II
Element
n
l
N
1
2
0
0
1
O
1
2
0
0
1
s2
s2
p3
s2
s2
p4
m
s
0
0
0
1
-1
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2
+1/2
+1/2
0
0
0
1
-1
px1
py1
pz1
px2
py1
pz1
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2
+1/2
31
3.5.10.5 Elektronenkonfigurationen
III
Element
n
l
F
0
0
1
Ne
0
0
1
s2
s2
p5
s2
s2
p6
m
s
0
0
0
1
-1
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2
px2
py2
pz1
0
0
0
1
-1
px2
py2
pz2
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
+1/2,-1/2
3.5.11 Atomorbitale
•
Atomorbitale AO sind 3-dimensionale stehende Materiewellen,
die den Aufenthaltsbereich (keine klar definierte Bahn !) der
Elektronen darstellen. Das energieärmste Orbital entspricht dem
Grundzustand (Grundschwingung), energiereichere Orbitale
entsprechen angeregten Zuständen (Oberschwingungen)
z
z
x
y
s-AO: Drehimpuls l = 0
x
y
p-AO: Drehimpuls l = 1
32
3.5.15 Die Struktur der
Elektronenschalen
Hauptschalen n bestehen aus Unterschalen l
Die Besetzung erfolgt nach strengen Regeln
n=4
n=3
n=2
n=1
s
p
d
f
3.5.16 Die Besetzung von
Elektronenschalen
Schreibweise:
nlx
n
l
= Schalennummer
= Unterschale s,p,d,f..
x
= Zahl e- pro Orbital
Besetzungszahl, kein Exponennt !
H
He
Li
Be
B
C
N
1 s1
1 s2
1 s2
1 s2
1 s2
1 s2
1 s2
2 s1
2 s2
2 s2
2 s2
2 s2
Valenzelektronen
2p1
2p2
2p3
33
3.5.16.1 Das Pauli – Prinzip
•
In einem Atom können keine zwei Elektronen in allen vier
Quantenzahlen (Hauptquantenzahl, Drehimpulsquantenzahl,
Magnetquantenzahl und Spinquantenzahl), die zu seiner
Zustandsbeschreibung im Atommodell notwendig sind,
übereinstimmen.
•
Als Folge des Pauliprinzips werden die Orbitale immer mit
Elektronenpaaren besetzt, die entgegengesetzten Spin
aufweisen.
3.5.16.2 Die HUNDsche Regel
•
Energiegleiche Orbitale einer Unterschale werden zunächst
einfach besetzt
34
3.5.16.3 Elektronenkonfiguration
von N
PAULI Prinzip - HUNDsche Regel
E
n=3
n=2
n=1
s
p
d
Elektron mit positiver Spinrichtung
Elektron mit negativer Spinrichtung
3.5.16.4 Elektronenkonfiguration von
Na
23
11
Schreibweisen
Na
1s2 2s2 2p6 3s1
n=4
n=3
n=2
n=1
35
3.5.16.5 Das Energieprinzip
Grundzustand: werden stets
zunächst
energieärmste Orbitale
Orbitalenergien
näherungsweise
Elektroneneinbauschema
3.5.16.6 Elektronenkonfiguration
von K
Energieprinzip
E
n=4
n=3
4s
n=2
n=1
s
p
Elektron mit positiver Spinrichtung
d
Elektron mit negativer Spinrichtung
36
Welches Element ist das ?
[Ar] 3d10 4s2 4p6 = ?
?
n=4
n=3
n=2
n=1
s
p
d
f
4 Das Periodensystem der
chemischen Elemente
Atome sind die -einst als unteilbar geglaubten- kleinsten
Bestandteile der der chemischen Elemente, die dessen
Eigenschaften aufweisen
Entwicklung
1829 DÖBEREINER ordnet Elemente nach Eigenschaften
1864 MEYER führt Tabellensystem ein
1869 MENDELEJEFF erstellt Urform des heutigen PS
Voraussagen über fehlende Elemente möglich
117 chemische Elemente konnte man identifizieren. Oberhalb
der Ordnungszahl 84 sind sie alle radioaktiv !
37
4.1 Systematik der
Elektronenkonfiguration
Elektronenkonfiguration
Anzahl der Bindungselektronen ablesbar
Wertigkeit in Molekülen erkennbar
Eigenschaften vorhersagbar
4.2 Perioden und Gruppen
Perioden
Hauptgruppen
I
II
III
IIII
V
VI
VII
VIII
1
2
1H
3Li
2He
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
10Ne
3
4
11Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17Cl
18Ar
19K
20Ca
31Ga
32Ge
33As
34Se
35Br
36Kr
5
37Rb
38Sr
49In
50Sn
51Sb
52Te
53I
54Xe
6
55Cs
56Ba
81Tl
82Pb
83Bi
84Po
85At
86Rn
7
87Fr
88Ra
113
114
115
116
117
118
38
4.2.1 Hauptgruppenelemente (s,p)
I
Alkalimetalle
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
sehr reaktive Metalle
Erdalkalimetalle
Be, Mg, Ca, Ba, Sr, Ra
weniger reaktive Metalle
Erdmetalle
B, Al, Ga, In, Tl
Leichtmetalle
Kohlenstoffgruppe
C, Si, Ge, Sn, Pb
zunehmend metallisch
II
III
IIII
V
Stickstoffgruppe
N, P, As, Sb, Bi
zunehmend metallisch
Chalkogene
O, S, Se, Te, Po
Erzbildner
Halogene
F, Cl, Br, I, At
Salzbildner
Edelgase
He, Ne, Ar, Kr,Xe, Rn
innerte Gase
VI
VII
VIII
4.2.2 Nebengruppenelemente (d)
Scandium--Gruppe IIIb Sc s2p6d1
Scandium
Sc
1s2 2s2 p6
3s2 p6 d1
4s2
Y
1s2 2s2 p6
3s2 p6 d10
4s2 p6 d1
La
1s2 2s2 p6
3s2 p6 d10
4s2 p6 d10
Ac
1s2 2s2 p6
3s2 p6 d10
4s2 p6 d10 f14
5s2
5s2 p6 d1
6s2
5s2 p6 d10
6s2 p6 d1
7s2
Valenzelektronen: s, d
39
4.2.3 Lanthanoide und Actinoide (f)
57La
[Xe]
5d1
6s2
58Ce
[Xe]
4f2
6s2
59Pr
[Xe]
4f3
6s2
60Nd
[Xe]
4f4
6s2
89Ac
[Rn] 6d1
7s2
90Th
[Rn] 6d2
7s2
91Pa
[Rn] 5f2
6d1 7s2
92U
[Rn] 5f3
6d1 7s2
Valenzelektronen: s, d, f
4.2.3.1 Webelements (1)
http://www.webelements.com
40
4.2.3.2 Webelements (2)
http://www.webelements.com
4.3 Die periodischen
Eigenschaften der Elemente
•
•
•
•
Atomdurchmesser
Ionisierungsenergie
Elektronenaffinität
Elektronegativität
•
•
Metallcharakter
Halbleitereigenschaften
•
•
•
Gasförmige Elemente
Flüssige Elemente
Feste Elemente
•
Radioaktive Elemente
41
4.3.1 Atomdurchmesser
I
II
III
IIII
V
VI
VII
1H
VIII
1
2
3
2He
3Li
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
10Ne
11Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17Cl
18Ar
4
19K
20Ca
31Ga
32Ge
33As
34Se
35Br
36Kr
5
37Rb
38Sr
49In
50Sn
51Sb
52Te
53I
54Xe
6
7
55Cs
56Ba
81Tl
82Pb
83Bi
84Po
85At
86Rn
87Fr
88Ra
113
114
115
116
117
118
4.3.2 Ionisierungsenergie
∆EI
∆EI
Na+ + eKation
.
-19
= Ionisierungsenergie = 8,3 10 J (pro Atom)
wächst mit Z
sinkt, wenn rAtom wächst
nimmt ab wie folgt: s>p>d>f
Na
Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um ein Atom oder Molekül
zu ionisieren, d. h. um ein Elektron vom Atom oder Molekül zu trennen
42
4.3.2.1 Ionisierungsenergie Diagramm
http://www.chemgapedia.de
4.3.2.2 Ionisierungsenergie im PS
I
II
III
IIII
V
VI
VII
1H
VIII
1
2
3
2He
3Li
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
10Ne
11Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17Cl
18Ar
4
19K
20Ca
31Ga
32Ge
33As
34Se
35Br
36Kr
5
37Rb
38Sr
49In
50Sn
51Sb
52Te
53I
54Xe
6
7
55Cs
56Ba
81Tl
82Pb
83Bi
84Po
85At
86Rn
87Fr
88Ra
113
114
115
116
117
118
43
4.3.2.3 Höhere Ionisierungsenergien
Ionisierungsenergien der Elemente Z = 1, ..12
Z
Element
Ionisierungsenergie in eV zur Abtrennung des x-ten
Elektrons
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
13,6
24,6
5,4
9,3
8,3
11,3
14,5
13,6
17,4
21,6
5,1
7,6
54,4
75,6
18,2
25,1
24,4
29,6
35,2
35,0
41,0
47,3
15,0
122,4
153,9
37,9
47,9
47,4
54,9
62,6
64,0
71,6
80,1
217,7
259,3
64,5
77,5
77,4
87,2
97,1
98,9
109,3
340,1
391,9
97,9
113,9
114,2
126,4
138,6
141,2
489,8
551,9
138,1
157,1
157,9
172,4
186,7
666,8
739,1
185,1
207,0
208,4
225,3
4.3.3 Elektronenaffinität
∆EE
Cl.
+
e-
Cl-
H
F
Cl
Br
I
(kJ / mol)
- 72
-333
-364
-342
-295
Anion
∆EE = Elektronenaffinität = - 6,0 . 10-19 J (pro Atom)
bei Halogenen besonders groß !
Die Energiedifferenz zwischen dem Grundzustand eines neutralen Atoms
und dem Grundzustand des zugehörigen Anions wird als Elektronenaffinität
bezeichnet
44
4.3.4 Elektronegativität - Bedeutung
Maßzahl:
Atom 1
EN
Bindungselektronen
Atom 2
Anziehungskraft auf Bindungselektronen
bei F am größten, bei Fr am kleinsten !
H
Fr
F
Cl
Br
I
EN
2,1
0,7
4,0
3,0
2,8
2,4
4.3.4.1 Elektronegativität Berechnung
Maßzahl:
EN
Berechnung nach Mulliken, 1966
X + eX
XX+ + e-
EN ~
∆EE
∆EI
1
[∆E E + ∆EI ]
2
45
4.3.4.2 Elektronegativität im PS
I
II
III
IIII
V
VI
VII
1H
VIII
1
2
3
3Li
11Na
4Be
12Mg
5B
13Al
6C
14Si
7N
15P
8O
16S
9F
17Cl
2He
10Ne
4
19K
20Ca
31Ga
32Ge
33As
34Se
35Br
36Kr
5
37Rb
38Sr
49In
50Sn
51Sb
52Te
53I
54Xe
6
7
55Cs
56Ba
81Tl
82Pb
83Bi
84Po
85At
86Rn
87Fr
88Ra
113
114
115
116
117
118
18Ar
4.3.4.3 Elektronegativität Diagramm
F
4,5
Cl
4
Br
I
Elektronegativit
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1
21
41
61
81
101
Ordnungszahl
46
4.3.4.4 Die Elektronegativitätsskala
H
2,1
Li
1,0
Na
0,9
Be
1,5
Mg
1,2
K Ca
0,8 1,0
Rb Sr
0,8 1,0
Al
1,5
Sc
1,3
B
2,0
Si
1,8
C
2,5
P
2,1
Ti Ge As
1,6 1,7 2,0
Y Zr Sn Sb Te
1,3 1,6 1,7 1,8 2,1
N
3,0
S
2,5
Se
2,4
O
3,5
F
4,0
Cl
3,0
Br
2,8
I
2,4
Cs Ba
0,7 0,9
1
EN
2
3
4
4.3.5 Metallische Eigenschaften
plastisch
verformbar
elektrische
Leiter
Leitfähigkeit sinkt
mit steigender
Temperatur
relativ
große
Atomradien
Atomgitter
geringe
Ionisierungsenergie
Wärmeleiter
Supraleiter
ca. 30 metallische
Elemente
Metallglanz
47
4.3.5.1 Metallcharakter im PS
Metallcharakter
I
Nichtmetallcharakter
II
III
IIII
V
VI
VII
VIII
1
2
1H
3Li
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
2He
10Ne
3
4
11Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17Cl
18Ar
19K
20Ca
31Ga
32Ge
33As
34Se
35Br
36Kr
5
37Rb
38Sr
49In
50Sn
51Sb
52Te
53I
54Xe
6
55Cs
56Ba
81Tl
82Pb
83Bi
84Po
85At
86Rn
7
87Fr
88Ra
113
114
115
116
117
118
Metalle
Halbmetalle
Nichtmetalle
4.5.1 Metallklassifizierungen
Dichte
Leichtmetalle
ρ < 4 - 5 g/cm3
e.g. Al, Mg
Schwermetalle
ρ > 4 - 5 g/cm3
e.g. Pb, Cd
Elektrochemische Spannungsreihe
K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, Cu, Ag, Au
anodisch
Weniger edel
Korrodierende Metalle
kathodisch
Edelmetalle
Nicht korrodierende
Metalle
48
4.6.1 Halbmetalleigenschaften
I
II
III
IIII
V
VI
VII
VIII
1
2
1H
2 He
3Li
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
10Ne
3
4
11 Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17 Cl
18Ar
19 K
20Ca
31Ga
32Ge
33As
34Se
35 Br
36Kr
5
37 Rb
38Sr
49In
50Sn
51Sb
52Te
53 I
54Xe
6
7
55 Cs
87 Fr
56Ba
88Ra
81Tl
82Pb
83Bi
84Po
85 At
86Rn
113
114
115
116
117
118
B, Si, Ge, As, Te
Leitfähigkeit steigt mit der Temperatur
mehrere Modifikationen
z.B. kristallines und amorphes Si
Halbleitereigenschaften
Elektronenleitung
Defektelektronenleitung
4.6.2 Dotiermittel
I
II
III
IIII
V
VI
VII
VIII
1
2
1H
3Li
2He
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
10Ne
3
4
11Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17Cl
18Ar
19K
20Ca
31Ga
32Ge
33As
34Se
35Br
36Kr
5
37Rb
38Sr
49In
50Sn
51Sb
52Te
53I
54Xe
6
55Cs
56Ba
81Tl
82Pb
83Bi
84Po
85At
86Rn
7
87Fr
88Ra
113
114
115
116
117
118
p-type Dotiermittel
Akzeptor Atome
n-type Dotiermittel
Donator Atome
49
5 Das Standardmodell
5.1.1 Elementarteilchen und Quarks
Elementarteilchen
Leptonen
leichte Teilchen
Mesonen
gerade Anzahl von Quarks
Neutrinos
...
Elektronen
...
Baryonen
schwere Teilchen
Hyperonen
...
Bosonen
"Kraftteilchen"
Nukleonen
Neutronen
Protonen
Quarks
Quarks
Photonen
...
50
5.1.2 Leptonen - leichte Teilchen
Name
Symbol
Ruhemasse
[MeV]
Elektron
Müon
Tau
eµτ-
0,511
105,6
1784
e+
µ+
τ+
Ladung
-1 +1
-1 +1
-1 +1
Spin
mittlere
Lebensdauer [s]
1/2
1/2
1/2
stabil
2. 10-6
3. 10-13
Elektron- Neutrino νeνe
?
0
0
1/2
stabil ?
Müon-Neutrino
νµνµ
?
0
0
1/2
stabil ?
Tau-Neutrino
ντ ντ
?
0
0
1/2
stabil ?
Leptonen + Quarks
= Grundbausteine der Materie + Antimaterie
5.1.3 Mesonen - Teilchen aus 2 Quarks
Name
Symbol
Ruhemasse
[MeV]
Pionen
135
Kaonen
π0
π+ π−
K0K0
Kaonen
Ladung
0
Quarkaufbau
Spin
mittlere
Lebensdauer [s]
uu
dd
0
8.10-17
du
0
2,6 .10-8
d s
us su
cc
cu
cd
bb
0
10-10 -5.10-8
0
1,2.10-8
1
1.10-20
0
1.10-12
0
4.10-13
1
1.10-20
140
+1 -1
ud
498
0 0
ds
K+ K−
494
+1 -1
J / Psi
J/Ψ
3098
0
D-Null
D0
1863
0
D-Plus
D+
1863
1
Ypsilon
Y
9460
0
Pionen
51
5.1.4 Baryonen
Name
Symbol Ruhemasse
[MeV]
Proton
p p
938,3
Neutron
n n
939,6
Lambda
Λ Λ
1115
Sigma-Plus
Σ+ Σ+
1189
Sigma-Minus
Σ− Σ−
1197
Sigma-Null
Σ0 Σ0
1192
Xi-Minus
Ξ− Ξ−
1321
Xi-Null
Ξ0 Ξ0
1315
−
−
Omega-Minus Ω Ω
1672
Charm-Lambda Λc Λc
2280
- schwere Teilchen
Ladung
+1
0
0
+1
-1
0
-1
0
-1
+1
5.1.5 Eichbosonen
Name
Symbol
Photon
W-Teilchen
Z-Teilchen
Gluon
γ
W + W−
Z
g
Ruhemasse
[MeV]
-1
0
0
+1
-1
0
1
0
-1
+1
Quarkaufbau Spin mittlere
Lebensdauer [s]
u u d uud ½
stabil
d d u ddu ½
ca. 900
u d s uds ½
2,6.10 -10
u u s uus ½
8.10 -11
d d s dds ½
1,5.10 -10
u d s uds ½
6.10 -20
d s s dss ½
1,6.10 -10
u s s uss ½
3.10 -10
s s s sss ½
8.10 -11
u d c udc ½
2.10 -13
- Austauschteilchen
Ladung
?
~83 000
~93 000
0
Spin
0
1
0
0
1
-1
1
1
mittlere
Lebensdauer [s]
stabil
10-25
10-25
stabil
Austauschteilchen, übertragen Kräfte
52
5.1.6 Quarks
- Bausteine für Elementarteilchen
Name
Symbol
up
down
strange
charm
bottom (beauty)
top (truth)
u u
d d
s s
c c
b b
t t
Ruhemasse
[MeV]
~5
~10
~100
~1500
~4700
?
Ladung
2/3
- 2/3
-1/3
-1/3
1/3
1/3
2/3 -2/3
-1/3 1/3
2/3 -2/3
Spin
mittlere
Lebensdauer [s]
½
½
½
½
½
½
stabil
verschieden
verschieden
verschieden
verschieden
verschieden
Elementarteilchen aus Quarktripletts : Baryonen
Elementarteilchen aus Quarkdubletts: Mesonen
5.1.6.1 „Visual“- Quarks
top
up
down
bottom
strange
charm
53
6 Anti-Materie
•
Zu jedem Teilchen gibt es ein Anti-Teilchen
(gleiche Masse, aber entgegengesetzte Ladung)
•
Tritt ein Teilchen mit seinem Anti-Teilchen in
Wechselwirkung, so werden beide vernichtet, es
entstehen Photonen oder Mesonen
•
Das Photon ist mit seinem Anti-Teilchen identisch
Übungsfragen 1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Wie kann man Energie definieren ?
Was ist die physikalische Einheit der Energie ?
Welches Grundprinzip ist bei allen Energieumwandlungen zu berücksichtigen ?
Was versteht man unter einem Raumwinkel ?
Was versteht man unter einem Mol ?
Was ist ein u ?
Was ist das SI-System ?
Wie kann man Materie definieren ?
Welche Erkenntnis gewann man aus d. Experiment von RUTHERFORD ?
Beschreiben Sie das BOHRsche Atommodell, wo sind die Schwächen ?
Wie viele Elektronen können sich maximal in der L-Schale aufhalten ?
Erläutern Sie den Welle-Teilchen Dualismus !
54
Übungsfragen 2
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Was versteht man unter der HEISENBERGschen Unschärferelation ?
Was ist eine „stehende Welle“ ?
Was versteht man unter einem Orbital ?
Was versteht man unter Quantenzahlen, welche kennen Sie und welche Bedeutung haben
diese ?
Nach welchen Prinzipien werden die Elektronenschalen besetzt (Erläuterungen) ?
Was sind die Elektronenkonfigurationen von Silizium, Zinn und Blei ?
Was sind Nukleonen, welche gibt es ?
Woraus bestehen Protonen ?
Was sind Quarks ?
Zu welchen Elementarteilchengruppen gehören Elektronen, Protonen bzw. Neutronen ?
Welche Spektrallinien (Serien) kennt man beim Wasserstoff ?
Unterscheiden sich die H-Isotope in den Spektralserien ?
Übungsfragen 3
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
Was versteht man unter der Ordnungszahl eines Atoms ?
Was versteht man unter der Massezahl eines Atoms ?
Wodurch unterscheiden sich Haupt- und Nebengruppen im PS ?
Was sind Salzbildner ?
Welche Elemente sind Erzbildner ?
In welcher Gruppe befinden sich Uran und Plutonium ?
Was ist das chemische Kurzzeichen für Eisen ?
Was versteht man unter Ionisierungsenergie ?
Was versteht man unter Elektronenaffinität ?
Was versteht man unter Elektronegativität ?
Welches Element hat die größte Elektronegativität ?
Wie viele Nuklide sind bekannt ? Wie viele davon sind stabil ?
55
Literatur
1.
2.
3.
4.
J. Hoinkins; E. Lindner; Chemie für Ingenieure; Verlag: Wiley-VCH Verlag
GmbH & Co. KGaA, 2007
P.W. Attkins; L. Jobnes; Chemie – einfach alles; Verlag: Wiley-VCH Verlag
GmbH & Co. KGaA, 2006
Römpp‘s Chemie Lexikon
DTV-Atlas zur Chemie
56