Atombau und Periodensystem

Atombau und Periodensystem
Wenn man einen festen Körper in zwei Teile zerlegt, jeden Teil noch einmal und dann noch
einmal etc., dann muss man irgendwann einmal zu einem Punkt kommen, an dem die
Teilchen nicht mehr zerlegt werden können. Diese kleinsten Teilchen nannten die Griechen
Atome, das heißt „Unteilbare“. Wir wissen heute, dass diese kleinsten Teilchen Atome oder
Moleküle sein können.
Für Dalton waren die kleinsten Teilchen kleine, feste Kugeln. Durch Experimente aus der
Physik (Abbildung 1) wissen wir, dass es unterschiedliche Ladungen gibt; das Atommodell
von Dalton ist also unvollständig.
Glas
Gummi
Abbildung 1
Im Jahre 1911 konnte Rutherford mit Hilfe seines Streuversuches (Abbildung 2) zeigen, dass
Atome aus einem positiv geladenen Kern und einer Hülle mit negativen Ladungen besteht.
Die positiv geladenen Teilchen eines Atoms nennen wir Protonen, die negativ geladenen
Teilchen in der Atomhülle sind die Elektronen. Außerdem befinden sich im Atomkern noch
die Neutronen, die keine Ladung tragen. Da Neutronen und Protonen etwa die gleiche Masse
haben, kann man aus der Anzahl der Protonen und der Atommassenzahl die Anzahl der
Neutronen berechnen. Die Anzahl der Elektronen ist bei ungeladenen Atomen gleich der
Anzahl der Protonen. (Abbildung 3)
- Strahler
Abbildung 2
Abbildung 3
23
Kernteilchen (=Atommasse)
________
_____________
12
Neutronen
________ _____________
23
11
Na
11
Protonen (=Ordnungs- oder Kernladungszahl)
________
_____________
11
Elektronen (bei ungeladenen Atomen)
________ _____________
Niels Bohr, ein dänischer Physiker, konnte zeigen, dass sich die Elektronen auf verschiedenen
Schalen befinden. In der ersten Schale können bis zu 2 Elektronen sein, in der zweiten bis zu
8, in der dritten bis zu 18, etc. Die Maximalzahl k der Elektronen für jede Schale kann man
berechnen:
k = 2 n²
Dabei gibt n die Schale an. Auf der letzten Schale können immer nur maximal 8 Elektronen
sein.
Im Periodensystem der Elemente sind die Elemente nach der Anzahl der Protonen geordnet.
Elemente mit ähnlichen Eigenschaften stehen dabei in einer Gruppe (Beispiel: Halogene).
Dabei stellt man fest, dass immer die Elemente zu einer Gruppe gehören, die auf der letzten
Schale die gleiche Elektronenanzahl besitzen. Elemente, die die gleiche Anzahl von Schalen
haben, stehen in einer Periode.
Wenn man die Reaktionen der einzelnen Elemente vergleicht, dann stellt man folgendes fest:
•
•
Die Elemente der ersten Gruppe reagieren sehr gut, ebenso die der siebenten Gruppe.
Die Elemente der achten Gruppe reagieren nicht.
Offensichtlich haben die Atome das Ziel, auf der letzten Schale 8 Elektronen zu besitzen. Da
die Atome der ersten bis siebenten Schale weniger Elektronen auf der letzten Schale haben,
gehen sie Verbindungen mit anderen Atomen ein. So entstehen Moleküle.
Atome, die auf der letzten Schale 1 bis 3 Elektronen haben, können diese an andere Atome
abgeben. Die Atome der 5. bis 7. Gruppe haben 1 bis 3 Einzelelektronen, die zusammen mit
den Elektronen anderer Elemente vier Elektronenpaare (=8 Elektronen) bilden können. Die
Anzahl der Einzelelektronen der Atome heißt Wertigkeit.
Beispiele:
Zwei einwertige Atome verbinden sich:
K*
*I
+
KI
Zwei einwertige und ein zweiwertiges Atom verbinden sich:
2 Na*
+
*S*
Na2S
Verbindung von einem vierwertigen und vier einwertigen Atomen:
*
*C*
*
+ 4 H*
Periodensystem der Elemente (Hauptgruppen)
CH4