6.9 Hauptgruppen, Nebengruppen und Periodensystem

Chemie Grundlagenfach
PSE - über 103 Atomsorten
6 Periodensystem der Elemente – über 103 Atomsorten
6.1 Chemische Verwandtschaften in den Elementgruppen
z.B. Alkali- und Erdalkalimetallsalze –
Flammenfarben verraten Elemente
Arbeitsauftrag:
1. Führen Sie den Versuch anhand der Arbeitsanweisung durch und notieren Sie Ihre Beobachtungen und
das Analyseergebnis.
Gasbrenner, ein Magnesiastäbchen, Streichhölzer, Schutzbrille
Lithiumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, Strontiumchlorid,
Bariumchlorid, Kuperchlorid
20 Minuten
Arbeitsanweisung:
1. Der Gasbrenner wird so eingestellt, dass Sie eine nicht leuchtende Brennerflamme erhalten (mäßige
Luftzufuhr, kein blauer Innenkegel).
2. Erhitzen Sie das Magnesia-Stäbchen so lange, bis die Gasbrennerflamme sich nicht mehr verfärbt.
3. Nehmen Sie mit dem Stäbchen einige Kristalle der Stoffprobe 1 auf und halten Sie sie in die Flamme.
Beobachten Sie die Flamme.
4. Wiederholen Sie den Versuch mit allen anderen Stoffproben.
Beobachtung/Deutung:
Stoffprobe 1
Stoffprobe 2
Stoffprobe 3
Stoffprobe 4
Stoffprobe 5
Stoffprobe 6
Stoffprobe 7
Name
Formel
Flammenfarbe
Prinzip der Flammenprobe:
In der Gasbrennerflamme bilden sich aus den vorliegenden Alkalimetall- bzw. Erdalkalimetall-Ionen
aufgrund der hohen Temperatur freie Atome. Bei weiterer Energiezufuhr senden diese Atome Lichtenergie
aus. – Je nach Element hat das Licht einer bestimmten Farbe, was die charakteristische Flammenfärbung
bewirkt.
1
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6.2 Periodensystem der Elemente (PSE)
Das Periodensystem der Elemente ist das wichtigste Nachschlagewerk in der Chemie.
Im Periodensystem sind die Elemente nach ansteigender Masse durch nummeriert. Das Element mit der
kleinsten Masse Wasserstoff hat die Ordnungszahl 1. Nun werden die Elemente der Reihe nach der
Atommasse von 1 bis 114 aufgelistet.
Der deutsche Chemiker Lothar Meyer und der russische Chemiker Dimitri Mendelejeff erkannten 1869
unabhängig voneinander, dass sich dabei die chemischen Eigenschaften von Elementen in periodischen
Abständen stark ähneln. Sie schlugen vor, dass Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften jeweils
untereinander geschrieben werden. Diese senkrechten Spalten nennt man Elementgruppen (H-Li-Na-etc)
Man kennt 8 Hauptgruppen. Im Periodensystem bezeichnet man die waagerechten Reihen als Perioden (LiBe-B-C-N-etc.).
Einige wichtige Begriffe sollen hier eingeführt werden, um über ein gemeinsames Vokabular zu verfügen.
 -Gruppe, Periode,
 -Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Chalkogene, Halogene, Edelgase
 -Element, Ordnungszahl
 -Metalle, Nichtmetalle
H
He
1
2
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3
4
5
6
7
8
9
10
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
11
12
13
14
15
16
17
18
K
Ca
Ga
As
Se
Br
Kr
19
20
33
34
35
36
31
Ge
32
G
R
U
P
P
E
N
PERIODEN
Aufgaben:
1. Schreiben Sie zu jedem Symbol von 1-20 den Namen des entsprechenden Elementes.
2. a) Nummerieren Sie die Elementgruppen im oben stehenden PSE mit römischen Ziffern
durch.
b) Manche Elementgruppen haben wie eine Familie einen gemeinsamen Namen. Wie heisst
die I., II., VI., VII., VIII. Elementgruppe?
c) Wo befinden sich überwiegend die Metalle, wo die Nichtmetalle im PSE?
3. Wählen Sie 4 beliebige Elemente aus. Wo sind Ihnen diese Elemente oder Namen im Alltag
schon begegnet?
2
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6.3Elektrische Ladung und elektrische Kraft1 6.4 Bausteine der Atome
3
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Aufgaben
1. Buch Elemente S. 88 A 5: Der Abstand r zwischen einer positiv und negativ geladenen Kugel
wird verdoppelt. Wie ändert sich die elektrische Anziehungskraft?
4
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2. Vervollständigen Sie die Tabelle mit Hilfe des PSE.
Name
Symbol
Natrium
Ordnungsz Massenzahl Anzahl der Anzahl der Anzahl der
ahl
Protonen
Neutronen Elektronen
11
23
Kohlenstoff
12
Sauerstoff
16
Wasserstoff
1
6
8
1
3. Buch S. 94 A11 - A12
4.
5
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6.5_Wo sind die Elementarteilchen im Atom? - Das Kern-Hülle-Modell2
Rutherfords Streuversuch und das Kern-Hülle-Modell
Aufgabe 1: Beantworten Sie folgende Fragen unten rechts neben Versuchs-Aufbau.
1. Studieren Sie den Versuchs-Aufbau und die Beobachtungen unten die beim Rutherford’schen
Streuversuch gemacht werden (s. u)
2. Fragen zur Auswertungen der Streuversuchs
a) Ist die Masse und Ladung im Atom tatsächlich wie laut Dalton-Modell homogen verteilt?
b) Wie sind die Elementarteilchen nach dem Streuversuch im Atom angeordnet?
Tipp: Strahlen sind positiv geladene He2+-Kerne mit einer Masse von 4 u. Gold (Au) hat dagegen
eine Atommasse von ______ u.
Versuchs-Durchführung: Eine 0,0004 mm dicke Goldfolie wird mit -Teilchen beschossen. Die
Goldfolieschicht ist etwa 1.000 Atome dick. -Teilchen sind positiv geladene Massestrahlen die aus 2
Protonen und 2 Neutronen je bestehen. Jedes -Teilchen hat eine Masse von 4u und eine Ladung von 2+.
Aufbau:
1. Beobachtung Rutherfords:
 Fast alle positiv -Teilchen durchdringen die Goldfolie
geradlinig.
 Einige -Teilchen werden abgelenkt. Etwa jedes
zehntausende Teilchen wird reflektiert
2. Auswertungen des Streuversuchs:
a)
b)
aus: Chemie heute
Aufgabe 3: Welche Kräfte halten das Atom zusammen?
a) Skizzieren Sie das Lithiumatom mit dem Kern-Hülle-Modell mit Hilfe des PSE.
b) Welche elektrische Kraft ist nach dem Coulomb-Gesetz stärker?
Die elektrischen Anziehung zwischen den Protonen im Kern und den Elektronen in der Hülle
oder die elektrische Abstossung zwischen den Protonen im Kern?
2
6
Siehe Elemente, S. 94
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6.6 Der Atomkern, Isotope, Isotopengemisch
Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen, die je eine Masse von ca. 1u haben. In ihm
steckt die Masse des Atoms, der Kern ist aber 100 000 mal kleiner als die äussere Atomhülle. Diese
Atomhülle ist praktisch ohne Masse und besteht aus Elektronen.
1. a) Was versteht man unter Isotop. Lesen Sie Elemente S. 93.
2. b) aus welchen Kernbausteinen sind die Wasserstoff-Isotope aufgebaut? S. Elemente S. 93,
Abb. 44.
3. Die meisten Elemente bestehen nicht nur aus einer Atomsorte sondern sind Mischelemente.
10.8
B
5
Die Massenzahl 10.8 u gibt die durchschnittliche Masse eines Boratoms
an. Da es aber keine halbe Neutronen gibt, hat jedes einzelne Atom eine
ganzzahlige Massenzahl. Natürliches Bor besteht aus 20% 10B-Atomen
und aus 80% 11B-Atomen:
0.2x10 u + 0.8x11 u = 10.8 u oder 0.2x10B + 0.8x11B = 10.8B
Bor-Atome haben also zu 20% 5 Neutronen und zu 80% 6 Neutronen,
aber immer 5 Protonen.
Lösen Sie A10, A13
7
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6.7 Exkurs Radioaktivität
6. August 1945, um 8:15 Uhr: Zum ersten Mal wurde eine Atombombe aus radioaktiven Uran
abgeworfen. Die Bombe verursachte nie gekannte Zerstörungen. Insgesamt starben in Hiroshima
bis heute 136.000 Menschen an den Folgen der ersten Atombombe. Warum entsteht beim Zerfall
von Uran so viel (zerstörende) Energie und radioaktive Strahlen?
8
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1. Zum Mordfall vom russischen Ex-Agenten durch Polonium-2103
a) Welches Nuklid entsteht beim radioaktiven Zerfall von 210Po? Formulieren Sie die
Zerfallsgleichung.
b) Wahrscheinlich hat der ehemalige russischer Agent A. Litiwinenko das Polonium über
vergiftetes Essen aufgenommen. Warum wirken nur winzige Mengen Polonium als tödliches Gift
im menschlichen Körper? Polonium hat doch als -Strahler nur eine Reichweite von wenigen
Zentimetern und kann schon von einem Blatt aufgehalten werden! (Umfang: 3-4 Sätze). (Siehe auch
Elemente S. 95f ab -Strahlen).
2.Formulieren Sie jeweils die Zerfallsgleichung für den -Zerfall für 239Pu und -Zerfall für
3
239
U.
Koch, C. Stern, 30/11/2006, 49, 34.
10
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6.8 Wo sind die Elektronen im Atom? – das „Schalenmodell“
Beim radioaktiven Zerfall, entstehen neue Atome durch Kernspaltung aus den radioaktiven AtomIsotopen. Solche radioaktiven Kernumwandlungen können gut mit dem Kern-Hülle-Modell von
Rutherford erklärt werden, nach dem der winzige, aber massenreiche, positiv geladene Kern von
einer nahezu massenlosen, 105 mal grösseren Elektronenhülle umgeben ist. Das Kern-Hülle-Modell
gibt aber keine genauen Informationen über den Aufbau der Elektronenhülle
Bei chemischen Reaktionen wird nicht der Kern, sondern nur die Elektronenhülle verändert. Daher
müssen wir uns in diesem Kapitel mit der Verteilung und der Energie der Elektronen im Atom
befassen, um chemische Eigenschaften erklären zu können.
Vieles über die Elektronenstruktur in Atomen, weiss man aufgrund von Experimente mit
elektromagnetischer Strahlung.
Elektromagnetische Strahlung
Zu den elektromagnetischen Strahlen gehören z.B. die radioaktiven ᵞ-Strahlen, aber auch die
Radiowellen.
Lernziele:
 Strahlen sind eine Form von Energie.
 Sie sollen die Energieabfolge der Strahlen und die Wellenlänge des sichtbaren Lichts
kennen.
. -34
h: Planksches Wirkungsquantum (Konstante) (6.63 10
Js)
E = h ∙c/
8
c: Lichtgeschw. (3*10 m/s)
f: Frequenz in [1/s = Hz]
: Wellenlänge des Lichtes
E: Energie eines Lichquants
-Strahlen
Röntgenstrahlen
Ultraviolette
Infrarote
Strahlung
10
-10
-8
10
10
-4
10-2
1
-Strahlen
100
 (cm)
Radiowellen
Röntgenstrahlen
Mikrowellen
Ultraviolette
Strahlung
Infrarote
Strahlung
Sichtbares
Licht
violett
hohe Energie
kleine Wellenlänge
grosse Frequenz
400
11
Radiowellen
Strahlung
-6
10
Mikrowellen
blau
grün
500
niedrige Energie
grosse Wellenlänge
kleine Frequenz
gelb orange
600
rot
700
800
 (nm)
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Flammenfarbe und Schalenmodell - Wo ist das Elektron im Atom? -
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Aufgaben "Schalenmodell und Aufbauprinzip der Elektronenhülle
Aufgabe 1:
a)
Ergänzen Sie!
Nach moderner Theorie, halten sich die Elektronen nicht auf
bestimmten Kreisbahnen, sondern in bestimmten Räumen auf,
Schalen oder Orbitale genannt, die den Atomkern kugelförmig
umgeben:
b)
Untersucht man das Sonnenlicht mit einem Prisma sieht
man Regenbogenfarben. Untersucht man die Flammenfarbe von
Natrium sieht man dagegen nur gelb. Weshalb sieht man nur eine
Farbe?
Elektronen können nur bestimmte Energiestufen
besetzen. Die Elektronen von Atomen werden durch Energiezufuhr z.B.
Wärme angeregt. Sie fallen wieder in ihren Grundzustand zurück. Dabei
strahlen die Elektronen Lichtenergie bestimmter Wellenlänge aus.
Aufgabe 2:
Zeichnen Sie wie Lithium auch Natrium und Kalium im Schalenmodell. Zeichnen Sie im Kern die
Protonenzahl ein und die Elektronen als einzelne Punkte.
a)
Füllen Sie die Tabelle aus!
Lithium
Anzahl Elektronen
Anzahl Aussenelektronen
(auf äussersten Schale)
Hauptgruppen-Nummer
Anzahl besetzter Schalen
Perioden-Nummer
b)


c)
d)
e)
14
Natrium
Kalium
3
1
11
1
19
1
I
2
2
I
3
3
I
4
4
Merke:
Die Perioden-Nummer eines Elements entspricht ______________________________
Die Hauptgruppen-Nummer entspricht ____________________________________
Können Sie die chemische Verwandtschaft von Lithium, Natrium, Kalium aus dem
Schalenmodell ableiten?Ja. Li, Na, K hat jeweils 1 Aussenelektron. Elemente mit
gleicher Anzahl Aussenelektronen stehen in einer Hauptgruppe und sind chemisch
verwandt.
Welche Atommasse hat Ar, K?
Im Periodensystem der Elemente wurden die Elemente nach steigender Atommasse
angeordnet. Warum steht das Element Argon vor Kalium? Begründen Sie mit dem
Schalenmodell
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Aufgabe 2:
Die Grösse der Schalen nehmen von innen nach aussen zu. Es ist deshalb logisch, dass in den
äusseren Schalen mengenmässig mehr Elektronen e- Platz haben, als in den inneren. Die maximale
Anzahl an Elektronen, die in einer bestimmten Schale Platz haben, lässt sich mit der Formel
Z = 2·n2 berechnen, wobei n der Schalennummer entspricht.
Aufgabe 3:
a)
Wie sind die Elektronen in der Atomhülle von Magnesium (Mg), Calcium und Scandium
verteilt? Zeichnen Sie jeweils das Schalenmodell wie in Aufgabe 2.
b)
Magnesium und Calcium stehen in der 2. Gruppe des PSE und sind chemisch verwandt.
Daher müssen Sie gleich viele Aussenelektronen haben. Die Erdalkalimetalle haben
immer genau 2 Aussenelektronen.
Merke: Jedes Element hat im energetisch günstigsten Zustand maximal 8 Aussenelektronen.
 Erklärung: „Zwiebelschalenmodell"
Gruppennummer, Periodennummer und PSE (s. Buchdeckel hinten)

Die Gruppennummer im PSE entspricht der Anzahl Aussenelektronen
(=. Valenzelektronen, VE).
Beispiel: Alle Halogene (Gruppe 7) haben 7 VE, alle Elemente der Bor-Gruppe (Gruppe 3) haben 3
VE. VE = Valenzelektronen=Aussenelektronen.

Die Periodennummer im PSE entspricht der Anzahl besetzter Elektronenschalen.
Beispiel: Alle Elemente der Periode 3 haben Elektronen in den Schalen K =1, L =2 und M=3.
Aufgabe: Elemente S. 100, A16.
6.9 Hauptgruppen, Nebengruppen und Periodensystem
Frage: weshalb liegen die Nebengruppen zwischen den Hauptgruppen II und III?
Im Konzert hängt der Genuss nicht nur von der Reihe ab. Neben den super+ prima
Sitzen, gibt es ab der 3. Reihe auch doofe Sitze (z.B. hinter einer Säule)

Vergleichen Sie die Farbe der vorliegenden Salze!
Welche Salze sind farblos, welche Salze sind farbig? Können Sie einen Trend ableiten? Tipp
Wo stehen diese Metalle im PSE?

Versuch: Ein Reagenzglas mit konz. Schwefelsäure wird Ethanol überschichtet. Man fügt zu
diesem zweiphasigem Gemisch einige Kristalle KMnO4
Beobachtung:
grüne, lila und braune Schlieren, begleitet von kleinen Bläschen,
an der Grenzfläche kommt es zu Blitzen mit Knallgeräuschen.
Auswertung:
Violettes KMnO4 reagiert zu braunen MnO2. Der entstehende Sauerstoff
reagiert mit dem Ethanol exotherm. Elektronen in doofen Energiezuständen im
Mn wechseln schnell die Plätze. Doof = energetisch ungünstige Zuständen (dOrbitale).
15
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2KMnO4 +H2SO4 →2MnO2 +3/2O2+K2SO4 +H2O.
Füllen Sie den folgenden Text!
Die Regel 2n2 mit n = 1, 2.. kann man die maximale Anzahl Elektronen pro Schale berechnen. Auf
der 3. Schale haben daher maximal 18 Elektronen Platz. In der 3. Periode wurden jedoch nur 8
Elektronen (bis zum Argon) eingebaut. In der 4. Periode werden zunächst beim Kalium und
Calcium 2 weitere Elektronen in die äußere 4. Schale eingebaut. Jetzt erst werden die noch
fehlenden 10 Elektronen in die 3. Schale eingebaut.
Vom Scandium bis zum Zink werden also die fehlenden Elektronen 9-18 der dritten, und jetzt
zweitäussersten Schale aufgefüllt. Alle diese Nebenelemente haben also in der Regel 2
Valenzelektronen und müssen deshalb neben der II. Hauptgruppe in den Nebengruppen
plaziert werden!
Die Energiehauptniveaus oder Schalen gliedern sich nämlich in Unterschalen (=Orbitale) auf.
Die Zahl der Unterschalen für die einzelnen Elektronenschalen ist verschieden. In der folgenden
Abbildung ist diese Untergliederung in einem Energieniveauschema dargestellt.
Abb.: Energieniveauschema für die Unterschalen der ersten
vier Elektronenschalen.
Die linke Hälfte der Abb. ist identisch mit den
Energieniveaus der Hauptschalen. Die
gestrichelten Linien zwischen den beiden
Abbildungshälften sollen verdeutlichen, in wie
viele Energiezustände sich jede Hauptschale
gliedert.
Die Hauptschalen bestehen aus Unterschalen
Die erste Hauptschale besteht aus nur einer US, die
zweite aus 2, die dritte aus 3 usw. Die US werden
mit den kleinen Buchstaben s, p, d, und f
gekennzeichnet. Die s-Schale kann max. 2, die pSchale max. 6, die d-Schale max. 10 und die fSchale max. 14 e- aufnehmen.
Reihenfolge der Besetzung der Orbitale (=Unterschalen) ...
1.
2.
3.
16
....erfolgt in der Reihenfolge steigender Energie (Energieprinzip)
...jedes Orbital kann maximal mit 2 Elektronen besetzt werden (Pauliprinzip)
...bei genügend Platz werden energiegleiche Unterschalen erst einzeln besetzt
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PSE - über 103 Atomsorten
Chemie Grundlagenfach
Elektronenkonfiguration
Hinweis: 1 Strich = 1 Unterschale = 1 Orbital = 2 e-
Mit steigender Ordnungszahl erhöht sich im PSE die Elektronenzahl in der Atomhülle um 1. Die
Unterschalen werden nicht in chronologischer Reihenfolge von innen nach aussen (1s  2s 2p
3s 3p  3d  4s  4p  4d  4f  5s usw.) besetzt, sondern nach der niedrigsten Energie.
Daraus ergibt sich folgende Reihenfolge: 1s 2s  2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d
5p 6s 4f 5d 6p7s
Beispiel:
Elektronenkonfiguration von Sr: 1s22s2p63s23p63d104s24p65s2
Hinweis: Obwohl es in der Hauptschale 4 (N-Schale) noch Platz hätte für 10 Elektronen (nämlich in
der Unterschale d), wird zuerst die Unterschale 5s mit 2 Elektronen besetzt: Sr hat also in der
äussersten Schale (Schale O) 2 Elektronen.
1. Geben Sie die Elektronenkonfiguration von Si, Sc, Zn, Br, Fe, und Xe an (fülle
zuerst die Tabelle aus)! Wie viele Aussenelektronen besitzen diese Elemente? Welcher
Gruppe gehören sie an?
2. Wieso braucht es am meisten Energie, um ein Elektron zu entfernen, das sich
in der K-Schale befindet als in den höheren Schalen? Begründen Sie mit dem
Coulomb-Gesetz!
1.
Si
Sc
Zn
Br
Fe
Xe
17
tot.
14
21
30
35
26
54
n
n=2
=1
1s 2s 2p
2
2
6
2
2
6
2
2
6
2
2
6
2
2
6
2
2
6
Schale
n=4
n=3
3s
2
2
2
2
2
2
3p
2
6
6
6
6
6
3d
1
10
10
6
10
4s
2
2
2
2
2
4p
4d
n=5
4f
5s
10
2
Gruppe
4
2
2
7
2
8
IV
III
II
VII
5p
5
6
VE
6
VIII
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s-, p-, d-, f-Elemente und PSE
I
II
III IV V VI VII
VIII
Nebengruppen
s-Elemente
p-Elemente
d-Elemente
f-Elemente
4f
Lanthanoide
5f
Actinoide
das letzte beim Aufbau hinzukommende Elektron befindet sich in der US
s
p
d
f
Atomradien
Die Atomradien der Hauptgruppenelemente nehmen ab von links nach rechts innerhalb einer
Periode und zu von oben nach unten innerhalb einer Gruppe.
Abbildung: Atomradien der Hauptgruppen-Elemente der 1-4. Periode in pm (10-12m)
Wie verändern sich die Atomradien innerhalb einer Periode bzw. innerhalb einer Gruppe?
Begründen Sie mit dem Schalenmodell und dem Coulomb-Gesetz!
18
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6.10 Kugelwolkenmodell nach Kimball
Juhu! Ab sofort betrachten wir fast nur noch die Valenzelektronen. Die Energien zwischen s und pOrbitalen bei den VE der Hauptgruppen-Atome sind ähnlich günstig. Daher unterscheidet man bei
diesem Atommodell auch gar nicht mehr zwischen s und p. Diese Vereinfachungen führen uns
zumKugelwolkenmodell nach Kimball, mit dem wir nun die chemische Bindung erklären.
Lernziele:
1. Atome im Kugelwolken-Modell zeichnen
2. Lewisformeln von Hauptgruppen-Atome zeichnen z.B. F
H
Lewis-Formel: In der Mitte steht das Atomsymbol des PSE. Nur die VE werden in der LewisFormel dargestellt. Punkt= 1 Elektron,
einfach besetzt; Strich = 2 Elektronen.

Wie viele Valenzelektronen haben die Hauptgruppen-Atome? Zwischen

In welchen Orbitalen befinden sich bei den Hauptgruppen-Atome die VE? s, p, d oder f
z.B. Elektronenkonfiguration: Kohlenstoff C:
Stickstoff N:
VE
Bor B
und
VE
s,p,d,f-Orbitalmodell Kugelwolkenmodell Lewis-Formel
Sauerstoff O
Argon Ar
Hauptgruppen-Atome:
Min. – Max. VE
Beschreibung des Kugelwolkenmodells für Hauptgruppenatome:
 In der Mitte jedes Atoms ist der Atomrumpf: aus Atomkern und inneren Schalen
 Die äusserste Schale ist nicht als Schale dargestellt, sondern sie besteht aus 4 energiegleichen
Elektronenwolken.
 Pauli-Prinzip: In jeder Wolke(= Orbital) haben maximal2 Elektronen Platz.
 Die 4 Kugelwolken werden jeweils zuerst mit 1 Elektron besetzt und erst später wird das 2.
Elektron eingefügt: „Hund`sche Regel“
 Da sich die Elektronenwolken abstossen, sind sie tetraedisch angeordnet!
Dreidimensionales Kugelwolkenmodell für die Atome:
1.
2.
19
Zeichnen Sie: Atomrumpf rot, einfach besetzte Wolken hellblau, doppelt besetzte Wolken
dunkelblau.
Ergänzen Sie die Lewis-Formel.
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Anhang: Folien zum Vortrag - Einführung in das Kugelwolkenmodell
20
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Periode Mit zunehmender Ordnungszahl wird innerhalb einer Periode das neu
hinzukommende Elektron in dieselbe äusserste Hauptschale eingebaut.
Gleichzeitig kommt jeweils im Kern ein Proton hinzu. Coulomb-Gesetz:
F = k • Q1•Q2/r2 : je grösser Q, desto grösser F!  Atom ‘schrumpft‘.
Gruppe Die grösseren Atome einer Gruppe besitzen mehr Elektronenschalen als die
kleineren Atome. (Nach jeder Periode kommt wieder eine neue
Elektronenschale hinzu).
22
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2.1 Kugelwolkenmodell nach Kimball
Atome bestehen aus Kern und Hülle. Für chemische Reaktionen sind jedoch einzig die
Valenzelektronen entscheidend. Deshalb unterscheidet der Chemiker zwischen Atomrumpf
(=Atomkern + alle gefüllten Schalen, pos. geladen) und Valenzelektronenn. Unterdessen wissen
wir, dass jedes Atom maximal 8 VE besitzt. Dies führt uns zum Atommodell, dem
Kugelwolkenmodell nach Kimball, mit dem wir chemische Bindung erklären
1. Wie viele VE haben Si, P, He und Xe?
2. Wie viele e- und welche Ladung hat der Rumpf von Si, P, He und Xe?
Beschreibung des Kugelwolkenmodells fürHauptgruppenatome:
 In der Mitte jedes Atoms ist der Atomrumpf.

Die äusserste Schale ist nicht als Schale dargestellt, sondern sie besteht aus 4 energiegleichen
Elektronenwolken.

Pauli-Prinzip: In jeder Wolke haben nur je 2 Elektronen Platz.

Die 4 Wolken werden jeweils zuerst mit 1 Elektron besetzt und erst später wird das 2. Elektron
eingefügt.

1.
Da sich die Elektronenwolken abstossen, sind sie tetraedisch angeordnet!
Dreidimensionales Kugelwolkenmodell für die Atome der ersten drei Perioden: Zeichnen
Sie die Atomrümpfe rot, die einfach besetzten Wolken hellblau und die doppelt besetzten
Elektronenwolken dunkelblau.
2. Elektronenschreibweise (= Lewisschreibweise)
einfach besetzte Wolke: 1 Punkt
unktdoppelt besetze Wolke: 1 Strich
Beispiele:
Be
O
Ne
Zeichnen Sie in Elektronenschreibweise N, S, Fe, Cl, Xe.
23
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Anhang: Folien zum Vortrag - Einführung in das Kugelwolkenmodell
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Ionisierungsenergie
1. Entreisst man ein Elektron aus der Atomhülle, enthält diese ein Elektron weniger. Das ganze
Atom ist nach aussen elektrisch nicht mehr neutral, sondern positiv geladen (=Ion, ionisieren!).
Die verbleibenden Hüllenelektronen werden durch die "stärkere" positive Kernladung stärker
angezogen  um ein weiteres Elektron aus der Hülle zu entreissen braucht es mehr Energie.
2. Offensichtlich muss für die Abtrennung von bestimmten Elektronen viel mehr Energie
aufgewendet werden (z.B. Ca: Energiesprünge zwischen 2&3, 10&11 und 18&19 Elektron).
Dieser "Mehraufwand" an Energie lässt sich nur damit erklären, dass eine neue Schale
aufgebrochen wird.
Beispiel Ca
Nr.
1
2
3
4
26
Schale
Bezeichnung
K
L
M
N
Anzahl e-
Lokalisation
Farbe auf Seite 6
2
8
8
2 (nicht voll)
innen
grün
violett
gelb
blau
aussen
AKSA 2012-2013 / Eva Schön
Chemie Grundlagenfach
PSE - über 103 Atomsorten
Stellung des Elementes im Periodensystem der Elemente
Der Bau eines Atoms bestimmt die Stellung des Atoms im Periodensystem der Elemente. Deshalb kann man
umgekehrt aus dem PSE viele Angaben über den Bau eines Atoms entnehmen.
 Ordnungszahl = Protonenzahl p = Elektronenzahl bei ungeladenen Atom.
z.B. He: Protonenzahl p =2 entspricht der Elektronenzahl
 Hauptgruppen-Nummer = Anzahl Aussenelektronen = Anzahl Valenzelektronen
z.B. C: IV Aussenelektronen
 Neutronenzahl n = Massenzahl minus Ordnungszahl.
z.B. Al: Neutronenzahl n = 27-13 = 14
Atom
Atomkern
Zusammensetzung
des Atomkerns
Proton
Merke: Atome sind aus Protonen, Neutronen und
Elektronen aufgebaut.




Zeichen
Neutron
Wasserstoff
1
1
H
Helium
4
2
He
Lithium
7
3
Li
Beryllium
9
4
Be
Protonen und Neutronen wiegen je 1u und
bilden den winzigen, schweren Atomkern.
Bor
Elektronen sind fast ohne Masse und umhüllen als
Kohlenstoff
Elektronenwolke den Kern.
Ordnungszahl Z = der Protonenzahl = der
Elektronenzahl.
Nukleonenzahl = Atommasse = Protonenzahl + Neutronenzahl.
11
5
B
12
6
C
Aus welchen Teilchen besteht der Atomkern?
Geben Sie für die folgenden Teilchen die Anzahl von Neutronen, Protonen und
Elektronen an. Hierzu kann das Periodensystem verwendet werden:
Teilchen
C
N
O
Na
Na+
Al
Al3+
Ne
Protonen
Neutronen
Elektronen
Valenzelektronen
Zeichnen Sie je ein Atommodell von dem Element Lithium und Natrium. Wo sind die Protonen, Neutronen,
Elektronen?
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AKSA 2012-2013 / Eva Schön