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Atomhypothese
Atommodell: Kern-Hülle
Schalenmodell
Diese Präsentation soll klären
• aufgrund welcher experimentell ermittelten
Kenntnisse eine Atomhypothese entwickelt
wurde
• dass das Atom nicht atomos ist
• welche Kräfte zwischen Ladungen wirken
• aus welchen Elementarteilchen ein Atom
aufgebaut ist
• wie gross Atome und ihre Bausteine sind
• wie die Atombausteine verteilt sind
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Massenerhaltung
Bei chemischen Reaktionen ändert sich die
Masse der beteiligten Stoffe nicht.
http://www.ekato.com/uploads/pics/chemie.jpg
http://www.feuerwehr-kleinenglis.de/assets/images/0026-feuer.jpg
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Konstante Proportionen
Elemente liegen in einer
Verbindung immer im
gleichen
Massenverhältnis vor.
(Joseph-Louis Proust,
1754-1828)
http://de.wikipedia.org/wiki/Joseph-Louis_Proust
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Multiple Proportionen
Bilden zwei Elemente
mehrere Verbindungen
miteinander, so gilt:
Die Massen des einen
Elements, die sich mit
immer der gleichen
Masse des anderen
Elements verbinden,
stehen im Verhältnis
einfacher ganzer Zahlen
zueinander.
John Dalton (1766-1844)
Bildquelle: http://de.wikipedia.org/wiki/John_Dalton 5
Atomhypothese von Dalton (1803)
Massenerhaltung,
konstante Proportionen
und multiple
Proportionen lassen
sich am einfachsten
erklären, wenn man die
Materie wie folgt
betrachtet:
Bildquelle: http://de.wikipedia.org/wiki/John_Dalton 6
1. Jedes Element besteht aus
kleinsten, nicht weiter teilbaren
Teilchen, den Atomen.
2. Alle Atome eines Elements
haben die gleiche Größe und
die gleiche Masse. Die Atome
unterschiedlicher Elemente
unterscheiden sich in ihrer
Masse.
3. Atome sind unzerstörbar. Sie
können durch chemische
Vorgänge weder vernichtet
noch erzeugt werden.
4. Bei chemischen Reaktionen
werden die Atome der
Ausgangsstoffe neu
angeordnet und in bestimmten
Anzahlverhältnissen
miteinander verknüpft.
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Bildquelle: http://www.daviddarling.info/images/Daltons_symbols.gif
Bereits die alten Griechen...
Demokrit (460 – 317 vChr):
„Nur scheinbar hat ein Ding eine Farbe,
nur scheinbar ist es süss oder bitter; in
Wirklichkeit gibt es nur Atome und leeren
Raum.“
http://de.wikipedia.org/wiki/Demokrit
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Atombausteine
atomos bedeutet unteilbar, unzerstörbar.
Doch bereits bei Zufuhr geringer
Energiebeträge gelingt es, aus elektrisch
nicht geladener Materie elektrisch
geladene Teilchen zu entfernen!
(Z.B. wenn man in trockenen Räumen eine Katze streichelt, „zwickt“ es)
Daher liegt der Schluss nahe: Atome sind
aus geladenen Teilchen aufgebaut.
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Ladung
Es gibt positiv geladene, negativ
geladene und ungeladene (=
neutrale) Teilchen.
Einheit der Ladung:
C (Coulomb)
Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)
http://de.wikipedia.org/wiki/Charles_Augustin_de_Coulomb
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Ladung
Die kleinste in der Natur frei vorkommende
Ladung ist die Elementarladung
(1e=1.60210-19C)
Zwischen Ladungen wirken Kräfte:
+ - Anziehung
+ + Abstossung
- - Abstossung
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Coulomb-Gesetz
Die zwischen zwei
Ladungen wirkende Kraft
berechnet sich wie folgt:
F: Kraft
k: Konstante
Q1, Q2: Ladungen
r: Abstand zwischen den
Ladungsschwerpunkten
Q1  Q 2
F k
2
r
+++
--
Anziehung
Abstossung
Abstossung
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Atombausteine
Name
Symbol
Proton
p+
Elektron
Neutron
e-
n0
Ladung
+ 1e
-1e
0
(1.60210-19C)
-(1.60210-19C)
ca. 1u
ca. 0.0005u ca. 1u
(1.6710-24g)
(9.11 10-28g)
1898 (W.Wien)
1919
(Rutherford)
1897 (Thomson) 1932
(Chadwick)
Masse
bekannt
seit
(1.6710-24g)
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Atombau
Die Anzahl Protonen ist bestimmend dafür, um
welches Element es sich handelt.
Die Anzahl Protonen ist gleich gross wie die
Anzahl Elektronen; die Anzahl Neutronen ist
variabel.
Grösse eines Atoms:
Durchmesser des kleinsten Atoms d=10-10m
http://powersof10.com/
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Atomsymbol
Nukleonenzahl
Ordnungszahl
Symbol
Ladung
Ordnungszahl=Anzahl Protonen
Nukleonenzahl (=Massenzahl)
= Summe der Protonen und Neutronen
Ladung nur schreiben wenn von 0 verschieden
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Gesucht: Anzahl p+, e-, n, Symbol
Symbol
Anzahl p+
Anzahl e-
6
Anzahl n
6
197Au
8
8
16
Gesucht: Anzahl p+, e-, n, Symbol
Symbol
Anzahl p+
Anzahl e-
Anzahl n
12
6
6
6
197Au
79
79
118
16
8
8
8
6C
8O
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Rutherford-Modell
Das Kern-Hülle-Modell des Atoms wurde
von E. Rutherford entwickelt
Link zu einer Animation des Experiments
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Rutherford-Modell
Dimensionen
Durchmesser Atom: ca. 10-10 m
Durchmesser Kern: ca. 10-15 m
Vergleich: Wäre das Atom so gross, dass es
in der Gymerhalle Platz hätte (d=20m), so
hätte der Kern einen Durchmesser von
d=0.2mm (entspricht der Dicke eines
Schreibpapiers)
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Atomhülle
Man misst die Ionisierungsenergie, d.h. die
Energie, die zum Abspalten eines
Elektrons vom Atom notwendig ist.
Man erwartet einen mehr oder weniger
gleichmässigen Anstieg (Coulombgesetz).
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MAGNESIUM Alle Ioniseriungsenergien
100
90
80
IE erwartet
IE [eV]
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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Elektron Nummer
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MAGNESIUM Alle Ionisierungsenergien
2500
IE [eV]
2000
1500
IE erwartet
IE gemessen
1000
500
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Elektron Nummer
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Schalenmodell
Wären alle Elektronen gleich weit vom Kern
entfernt, so würde die Ionisierungsenergie von
Elektron zu Elektron gleichmässig ansteigen.
Einfachste Interpretation des gemessenen
Verlaufs der Ionisierungsenergien:
Elektronen befinden sich in unterschiedlichen
Abständen vom Kern, in den so genannten
SCHALEN.
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Schalenmodell
Name der Schale Nummer Maximale Anzahl Elektronen
K
1
2
L
2
8
M
3
18
N
4
32
O
5
[50] (ist nie voll gefüllt)
P
6
[72] (ist nie voll gefüllt)
Q
7
[98] (ist nie voll gefüllt)
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Atombau und Periodensystem
Animation
www.periodictable.com
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Atombau und Periodensystem
Hauptgruppennummer: Anzahl
Valenzelektronen
Periodennummer:
Anzahl
Elektronenschalen
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