Elementarteilchen und ihre Eigenschaften

Elementarteilchen und ihre Eigenschaften
Baustein
Symbol
Ladung1
Masse in g
Masse in u
Proton
p
+1/+e
1,67 × 10-24
1
Neutron
n
0
1,67 × 10-24
1
Elektron
e-
-1/-e
0,9 × 10-27
0,0006
Atome sind annähernd kugelförmig mit einem Radius von der Größenordnung 10-10 m. Man
unterscheidet zwei Bereiche des Atoms, den Kern und die Hülle. Die Protonen und Neutronen
sind im Atomkern konzentriert, während die Elektronen in der Hülle verteilt sind.
Desweiteren gilt für die Atome:
♦ Fast die gesamte Masse ist im Atomkern konzentriert.
♦ Atome sind elektrisch neutral.
♦ Die Struktur der Elektronenhülle ist ausschlaggebend
für das chemische Verhalten der Atome
Hülle (Elektronen)
Kern (Protonen und Neutronen)
- Nucleonen (Kernbausteine) -
Radienverhältnisse
r (Atomkern) = 1 - 10 fm2
r (Atom) = 100 - 400 pm3
r(Kern)
= 1:100000
r(Atom)
1
Eine Elementarladung = 1,6 × 10-19 C (As); alle auftretenden Ladungsmengen können nur ganzzahlige
Vielfache sein.
2
fm = femtometer = 10-15 m
3
pm = picometer = 10-12 m
Schreibweise für ein beliebiges Nuklid (Atom)
(Masse)
A
A
X (Elementsymbol)
oder
X
(Kernladung) Z
- Ordnungszahl
Protonenzahl = Kernladungszahl (Symbol Z)
Protonenzahl + Neutronenzahl = Massenzahl (Symbol A)
Protonenzahl = Elektronenzahl
Die Isotope von Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff
Ordnungszahl
1
Element
Wasserstoff
H
Nuklid- Protonensymbol bzw. Elektronenzahl
1H
2H
3H
6
Kohlenstoff
C
12C
13C
14C
8
Sauerstoff
O
16O
17O
18O
Neutronenzahl
Nuklidmasse
in u
Atomzahlanteil
in %
Mittlere
Atommasse
in u
1
1
1
0
1
2
1,007825
2,01410
99,985
0,015
Spuren
1,0080
6
6
6
6
7
8
12,00000
13,00335
98,89
1,11
Spuren
12,011
8
8
8
8
9
10
15,99491
16,99913
17,99916
99,759
0,037
0,204
15,9994
Das Bohr’sche Atommodell
Schon 1913 entwickelte Niels Bohr für das einfachste Atom, das
Wasserstoffatom, ein Atommodell. Nach seiner Theorie gilt unter
anderem folgendes:
1. Das Elektron des Wasserstoffatoms kann sich nur auf bestimmten
Kreisbahnen (Energieniveaus, Energiezustände oder auch Schalen
genannt) aufhalten.
Niels Bohr
1885 - 1962
2. Für die Übertragung dieses Modells auf andere Elemente gilt ferner: Jede Kreisbahn kann
nur eine begrenzte Anzahl an Elektronen enthalten. Die maximale Aufnahmekapazität für
Elektronen folgt der Gleichung:
Z e− = 2 ⋅ n 2
Schalenaufbau der Atome nach dem Bohrschen Atommodell
Wesentlich für das chemische Reaktionsverhalten sind die Elektronen auf der äußeren Schale,
die sogenannten Valenzelektronen. Im Periodensystem der Elemente (PSE) stehen die
Elemente mit gleicher Valenzelektronenzahl in einer Reihe (Gruppe) untereinander. Sie
zeigen große Ähnlichkeiten in ihren Eigenschaften.
In der 8. Hauptgruppe sind die Edelgase zusammengefasst, die mit acht Valenzelektronen
(Ausnahme Helium: zwei Valenzelektronen) einen stabilen Zustand haben und somit keinerlei
chemische Reaktionen eingehen.