Übungen - TU Chemnitz
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Übungen Downloadbereich bei Prof. Mehring (Koordinationschemie) https://www.tuchemnitz.de/chemie/koord/seminare.php 1 Teilnehmer Obligatorisch Übungsleiter Zeit Raum B_Ch1_1, B_Ch2_1 Philipp Kitschke Dienstag 09:15-10:45 1/232 B_Me1_1, B_Me2_1 Benjamin Fiedler Mittwoch 17:15-18:45 2/D1 B_EP_1 B_Ph_1, B_Ph_2 B_CS_5, B_CS_6 Diana Voigt Mittwoch 19:00-20:30 2/W020 B_MM_3, B_Sy_5 SELADe3, SELAEn3 SELAEt3, SELAMa3 SELAWH3 Philipp Kitschke Montag 19:00-20:30 1/153 B_MB1_3, B_MB2_3 Wayne Schlegel Dienstag 17:15-18:45 2/D1 B_MB3_3, B_MB4_3 Wayne Schlegel Dienstag 19:00-20:30 2/D1 B_MaIn1, B_MaMa1, M_MaIn1, M_MaMa1, M_MaTM1 Wayne Schlegel Montag 17:15-18:45 1/367A Übungsübersicht Isotope, u und e Isotope ◦ Atome mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Anzahl von Neutronen ◦ Gleiche Anzahl Protonen gleiche Kernladungszahl Z ◦ Unterschiedliche Anzahl Neutronen unterschiedliche Massezahl A AElementsymbol Z ◦ Isotope des Wasserstoffs (natürliche Häufigkeit) 1H (99,984%) 1 2H = Deuterium (0,0156%) 1 3H = Tritium (Spuren) 1 Atomare Masseneinheit u 12C) ◦ 1 u ist 1/12 der Masse eines Atoms 12 C (oder kurz 6 -27 ◦ 1 u = 1,660538782*10 kg Elementarladung e ◦ e = 1,60210−19 C 1 Übersicht Atombausteine Teilchen Proton Neutron Elektron Ladung / e +1 0 -1 Masse / u 1,00728 1,00867 0,00055 Nukleonen 2 Relative Atommasse Beispiel: Bor (Ordnungszahl 5) Isotop Natürliche Häufigkeit Relative Atommasse 10B 19,8% 10,013 u 11B 80,2% 11,009 u Mittlere relative Atommasse: 10B 19,8% 10,013 u = 1,983 u 11B 80,2% 11,009 u = 8,829 u 10,812 u 3 Stabilität von Atomkernen Stabile Atomkerne weisen ein Neutronen/Protonen Verhältnis 1,5 auf Ist das Verhältnis > 1,5 folgt radioaktiver Zerfall aufgrund der Instabilität des Atomkerns Tritium 3H Elektronen-Emission Helium 3He 4 Radioaktivität 1896 entdeckt von Henri Becquerel 1903 Nobelpreis für Physik für Henri Becquerel, Marie und Pierre Curie Spontaner Prozess, mit charakteristischer Halbwertszeit 𝒕𝟏 𝟐 𝑁𝑡 = 𝑁0 ∙ 𝑒 −𝑘𝑡 𝑡1 2 : 𝑁𝑡 = 1 2 𝑁0 , 𝑡1 2 = ln 2 𝑘 5 14C - Radiokarbonmethode Aufnahme verschiedener C-Isotope während des Lebens Zerfall mit Halbwertszeit von 5730 Jahren Alter folgt aus Aktivität pro Kohlenstoffmasse 14C 100 Altersbestimmung 300-60000 Jahre 80 % Atome 60 40 20 0 0 5000 10000 Zeit / Jahre 15000 20000 6 Der Massendefekt Die Masse eines Nuklids (Atomkerns) ist stets kleiner als die Summe der Massen seiner Bestandteile z.B. Helium 2 1,00728 u 2 1,00867 u 4,03190 u Masse Heliumkern 4,00150 u Masse Protonen Masse Neutronen E 28,3 MeV ^ = 0,03u Die Massendifferenz (der Massendefekt) kann mit dem EINSTEIN`schen Gesetz in eine Energiedifferenz umgerechnet werden: E = m c2 E: Energie m: Masse c: 2,99793 108 ms-1 7 Kernfusion erfordert einige Millionen Kelvin Bindungsenergie pro Nukleon/ MeV Massendefekt und Energie Ar Fe As 10 NASA 8 6 Pb U Li 4 3 2 H + 1 1H 4 2 H 0 1 2He + 0n Energie von 1,638*109 kJ/mol Massenzahl 40 80 120 160 200 240 8 Atommodell nach Bohr (1913) Elektronen ◦ kreisen mit einem bestimmten Radius r strahlungsfrei um den Kern 𝒉 ◦ besitzen einen Bahndrehimpuls h: 𝒎𝒗𝒓 = 𝒏 𝟐 ◦ Kein Energieverlust während der Kreisbewegung Elektronenschalen ◦ nur bestimmte Energiezustände erlaubt Quantenzahl n v r + - Zentrifugalkraft elektrische Anziehungskraft Bahn des Elektrons (Schale) 9 Linienspektren Schalenaufbau ◦ Quantelung der Energie ◦ Charakteristisch für jedes chemische Element ◦ charakteristische Emission/Absorption elektromagnetischer Strahlung 0 E6 E5 n=6 n=5 E4 n=4 E3 n=3 Pfund-Serie (UV) Brackett-Serie (sichtbar) Paschen-Serie (IR) Balmer-Serie (IR) E2 n=2 Lyman-Serie (IR) E1 n = 1 Energie 10 Video Bengalisches Feuer 11 Atommodelle im Vergleich Elektronen ◦ Unterschiedliche Beschreibung möglich ◦ Welle-Teilchen Dualismus Bohr´sche Atommodell ◦ Elektronen als Teilchen Wellenmechanisches Atommodell ◦ 1925 De Broglie ◦ Elektronen und andere Teilchen als elektromagnetische Wellen ◦ Beschreibung des Atoms durch mathematische Funktionen 12 Orbitale und Quantenzahlen Orbital (lat. orbita Wagenspur, Pfad): Aufenthaltsraum einer Ladungswolke ? E1 ? E2 Hauptquantenzahl n (= 1,2,3,...) Nebenquantenzahl l (= 0,1,2,...n-1) ... ... charakterisiert energieniveau auf das dem Hauptsich das Orbital befindet charakterisiert das energetische Unterniveau und bestimmt die Form des Orbitals Magnetische Quantenzahl m (= -l...0...+l) ... bestimmt die Ausrichtung der Orbitale im Raum ? x y Spinquantenzahl s (= +½,-½) ... definiert Elektrons den Spinn eines (Eigendrehimpuls), max. Besetzung eines Orbitals mit 2 e- ? Räumliche Orbital-Darstellung 14 Struktur der Orbitale Schale Haupt-QZ n Neben-QZ l n-1 Magnet-QZ ml = -l … l Spin-QZ ms Elektronenzahl Elektronen pro Schale K 1 0 0 ½ 2 2 L 2 0 1 0 -1 0 1 ½ ½ 2 6 8 M 3 0 1 2 0 -1 0 1 -2 -1 0 1 2 ½ ½ ½ 2 6 10 18 0 1 2 3 0 -1 0 1 -2 -1 0 1 2 -3 -2 -1 0 1 2 3 ½ ½ ½ ½ 2 6 10 14 32 N 4 http://orbitals.com/orb/ov.htm 15 Energieniveaus der Orbitale Energetische Wechselwirkungen bewirken, dass vor Besetzung des 3d-Niveaus das energetisch niedrigere 4s- Niveau besetzt wird. Energetische Reihenfolge der Orbitale: 1. 1s 2. 2s 3. 2p, 3s 4. 3p, 4s 5. 3d, 4p, 5s … 16
