Atombau und chemische Bindungsarten

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Aufbauprinzipien der Materie
Atombau und chemische Bindungsarten
3. Wie sind Metalle aufgebaut?
Elektronenpaar
1. Wie stellt man sich Atome vor?
Elektron
Neutron
Proton
12.1 Modell eines neutralen Chloratoms
mit 17 p+ und 18 n0 im Kern sowie
17 e– in der Hülle.
Das Innere des Atoms – der Atomkern – bestimmt die Art des Elements und
die Atommasse. Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen (p+)
und ungeladenen Neutronen (n0). Die nebelartige Atomhülle bestimmt die
Größe des Atoms und besteht aus negativ geladenen Elektronen (e–).
Im Schalenmodell sind die Elektronen paarweise in Elektronenschalen
angeordnet. Wenn Elektronen von einer Schale auf eine weiter innen
liegende Schale wechseln, wird Energie in Form einer Lichtfarbe sichtbar.
Dies kannst du bei V1 beobachten.
Metalle glänzen, lassen sich schmelzen, verformen und leiten Strom und
Wärme gut. Die Metalleigenschaften ergeben sich dadurch, dass Metallatome, zB Kupfer (Cu) oder Natrium (Na), ihre äußeren Elektronen abgeben.
Sie bestehen daher aus positiv geladenen Metall-Ionen (zB Cu2+, Na+), die
von frei beweglichen Elektronen zusammengehalten werden.
M
V2
Der Neon-Strichcode (Abb. 12.2)
V1
}
M
Neonspektrum
12.2 Der Neon-Strichcode
Atome bestehen aus einem Atomkern aus positiv geladenen
Protonen und ungeladenen Neutronen sowie einer Atomhülle aus
negativen Elektronen.
Neutrale Atome haben gleich viele Elektronen wie Protonen. Atome
mit mehr oder weniger Elektronen als Protonen sind elektrisch
geladen und heißen Ionen.
2. Was sind Edelgase?
Die Elektronen der äußeren Elektronenschale (= Außenelektronen oder
Valenzelektronen) sind die Kontaktstellen zu anderen Atomen.
Bei Edelgasen ist die äußere Elektronenschale voll mit Elektronen besetzt.
Daher können sich diese Atome nicht mehr mit anderen Atomen verbinden.
Sie sind zu „edel“, um sich mit anderen Atomen zu verbinden.
Die Edelgase heißen Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr),
Xenon (Xe) und Radon (Rn). Man verwendet sie als Füllgas in Glühlampen,
in Gasentladungslampen oder als Schutzgas bei Schweißarbeiten.
Alle Atome wollen einen Edelgaszustand erreichen. Durch Abgabe oder
Aufnahme von Elektronen können sie eine voll besetzte äußere Elektronenschale erhalten (acht Außenelektronen, Ausnahme: nur zwei bei He).
12.3 Die Edelgase Helium, Neon, Argon,
Krypton und Xenon leuchten in einem
Hochspannungsfeld.
M
Die Atome von Edelgasen besitzen eine Außenschale, die mit
Elektronen voll besetzt ist.
Alle Atome wollen einen Edelgaszustand erreichen und gehen
deshalb Verbindungen ein.
Neon
Metallatome können Elektronen abgeben und positive Ionen (zB Na+)
bilden. Nichtmetalle können Elektronen aufnehmen und negative Ionen
bilden (zB Cl–).
Treffen positive und negative Ionen aufeinander, bilden sich salzartige
Stoffe. Es bildet sich zB ein Kochsalzkristall, wenn Na+-Ionen und Cl–-Ionen
einander anziehen und ein Kristallgitter bilden: Na+Cl–. Die chemischen
Namen dieser Stoffe nennen zuerst das positive, dann das negative Ion.
Der chemische Name für Kochsalz ist daher Natriumchlorid.
M
10 p+
Isolatoren haben keine freien Elektronen oder Ionen. Ihre Atome verbinden
sich durch gemeinsame Elektronenpaare und bilden Moleküle (= Teilchen
aus mehreren Atomen, zB Wasser, Zucker) oder Atomgitter (zB Diamant).
M
Atombindung: Atome verbinden sich durch gemeinsame („bindende“) Elektronenpaare miteinander und bilden Moleküle oder
Atomgitter.
H
18 p+
C
12
Arbeitsblätter
p55e74
Film
v5j6vb
Elektronenformel
H
H
H
H
C
12.6 Linus Pauling (1901–1994) erhielt den
Nobelpreis für Chemie für die Erforschung
der chemischen Bindung.
 Arbeitsheft-Seite 10–11
C
H
H
H
H
zeigt den räumlichen
Aufbau des Moleküls.
12.5 Die Edelgase Helium (He), Neon (Ne)
und Argon (Ar) im Schalenmodell
Cu2+
Cu2+
13.1 Metallbindung am Beispiel von Kupfer
(Cu): Cu2+-Ionen werden von freien
Elektronen zusammengehalten.
13.2 Lass die Kupfer-Ionen wandern!
Na+
5. Wie bilden sich Nichtleiter (Isolatoren)?
H
12.4 Glühlampen mit Krypton und Xenon
als Füllgas
Cu2+
Cu2+
Ionenbindung: Positive und negative Ionen ziehen einander an und
bilden ein Kristallgitter.
Kugel-Stäbchen-Modell
2 p+
Cu2+
Cu2+
Cu2+
4. Wie bilden sich salzartige Stoffe?
H
Argon
Cu2+
Cu2+
Lass die Kupfer-Ionen wandern! (Abb. 13.2)
Kalottenmodell
Helium
Cu2+
Tauche zwei Kupferdrähte in verdünnte Ammoniaklösung und lege eine
Gleichspannung von 10 bis 20 V an. Am Pluspol werden die Elektronen
entzogen. Der Kupferdraht löst sich auf. Die positiven Kupfer-Ionen
wandern durch die Flüssigkeit und werden vom Minuspol angezogen. Sie
erhalten dort ihre Elektronen zurück und werden wieder zu metallischem
Kupfer.
Betrachte das Licht einer Neonlampe durch einen engen Spalt mit einer
„Regenbogenbrille“ („Spektralgitter“). Das rote Neonlicht wird in seine
Farben gespalten. Du erkennst eine Art „Farbenstrichcode“. Jedes Element
kann man an seinem charakteristischen Linienspektrum erkennen.
Neonlicht
durch Spalt
Metallbindung: Metallatome geben äußere Elektronen ab.
Die freien Elektronen halten die positiv geladenen Metall-Ionen
zusammen.
Cu2+
H
H
H C H
H
gibt die bindenden Elektronenpaare im Molekül an.
Strukturformel
Summenformel
13.3 Kochsalzkristall: Die Formel Na+Cl–
gibt das Verhältnis der vorkommenden
Ionen (1 : 1) an.
C C C C
C C C C
H
H C H
H
CH4
gibt den Bauplan
des Moleküls an.
gibt die Anzahl der
Atome im Molekül an.
13.4 Darstellung von Molekülen am Beispiel Methan, dem Hauptbestandteil des Erdgases:
Modelle, Elektronenformel, Strukturformel, Summenformel
 Lernzielkontrolle 3, Seite 89
Cl−
C C C C
C C C C
i
i
i d alle
ll C-Atome
13.5 Im Diamantgitter
sind
durch gemeinsame Elektronenpaare
verbunden.
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