Isotope

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Isotope
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Atome mit identischer Kernladungszahl aber verschiedener Massenzahl
nennt man Isotope.
Die drei verschiedenen Neon-Isotope habe z.B. folgende Kernstruktur.
Massenzahl
Kernladungszahl
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Einige wichtige Isotope
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Die atomare Masseneinheit u
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Es ist bequem, mit einfachen Zahlen zu rechnen. Deshalb werden
die Massen von Atomen in der sogenannten atomaren
Masseneinheit u angegeben.
Eine atomare Masseneinheit u entspricht einem Zwölftel (1/12)
der Masse des Kohlenstoffisotopes 12C. Der Kern eines 12C Atoms
enthält 12 Nukleonen (6 Protonen und 6 Neutronen).
Die Masse eines 12C Atoms beträgt 1.9926 x 10-26 kg
→ 1u = 1.66054 x 10-27 kg
In diesen Einheiten hat 1H eine Masse von 1.0078 u und
16O eine Masse von 15.9949 u.
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Die Methode zur Massenbestimmung
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Die Massenspektrometrie: 2 Beispiele
Die Signalintensität spiegelt die Häufigkeit
des jeweiligen Isotopes wider.
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Erweiterung des Bohr´schen Atommodells durch
Erwin Schrödinger (1926) (Quantenmechanik)
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1.
Hauptquantenzahl n = 1,2,3,….. (Bezeichnung der Schale bei Bohr)
Wird n größer, dann hält sich das Elektron weiter vom Kern entfernt auf
⇒ Elektron hat höhere Energie und ist daher weniger stark an den Kern
gebunden.
2.
Für jedes n gibt es Nebenquantenzahlen l = 0 bis n-1;
l = 0(s), 1(p), 2(d), 3(f)
l beschreibt die räumliche Aufenthaltswahrscheinlichkeit (Orbitale) der
Elektronen mit steigender Hauptquantenzahl (Schale).
3.
Die Gesamtzahl an Orbitalen in einer Schale ist n2 (1,4,9,16).
Jedes Orbital kann 2 Elektronen aufnehmen.
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Wie werden die Elektronen in den Schalen und Orbitalen
untergebracht? ⇒ Elektronenkonfiguration
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Hauptquantenzahl
n
Nebenquantenzahl
l
Zahl der Orbitale
max.
Elektronenzahl
1
0
1x1s
2
2
0,1
1x2s, 3x2p
8
3
0,1,2
1x3s, 3x3p, 5x3d
18
4
0,1,2,3
1x4s,
3x4p,5x4d,7x4f
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Die Orbitale werden systematisch nach steigender Energie aufgefüllt,
wobei die p-, d- und f-Orbitale immer zuerst einzeln aufgefüllt werden.
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Beispiele einiger Elektronenkonfigurationen
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1s 2s
2p
3s
Elektronenkonfiguration
H:
1s
He:
1s2
Li:
1s22s1
Be:
1s22s2
B:
1s22s22p1
C:
….
N:
….
O:
….
F:
….
Ne:
1s22s22p6
Na:
1s22s22p63s1
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Atome, Moleküle, Molekülverbindungen
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Das Atom ist die kleinste Einheit eines Elementes, aber
nur die Edelgase treten in der Natur als einzelne, isolierte
Atome auf. Warum?
Die anderen Elemente treten in einem Verbund von zwei
und mehr Atomen auf (z.B. Wasserstoff H2, Stickstoff N2,
Sauerstoff O2).
Molekülverbindungen sind Ensembles von verschiedenen
Atomen.
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Chemische Formeln
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Chemische Formeln dienen zur Darstellung
von Molekülverbindungen, vor allem im
Rahmen chemischer Reaktionen.
Nebenstehend sind verschiedene Möglichkeiten zur Repräsentation von Molekülen
gezeigt.
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Avogadro-Zahl
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Auch kleinste Mengen von Substanz, die wir im Labor oder im täglichen Leben
benutzen enthalten eine enorm große Zahl von Atomen oder Molekülen.
So enthält z.B. ein Teelöffel Wasser (∼ 5 mL) etwa 2x1023 Wassermoleküle !!
Chemiker haben daher eine spezielle Einheit festgelegt (ähnlich wie z.B. im
täglichen Sprachgebrauch ein Dutzend (12)), um derart große Zahlen von
Atomen, Ionen oder Molekülen zu beschreiben. Diese Einheit ist das Mol (mol).
Ein Mol wird als die Menge an Substanz definiert, die so viele Atome, Ionen oder
Moleküle enthält, wie Atome in genau 12 g 12C enthalten sind.
Besonders zwei Wissenschaftler haben sich um die Bestimmung dieser Zahl
verdient gemacht: Amadeo Avogadro und Joseph Loschmidt. Sie wird daher
auch Avogadro-Zahl (NA) oder (weniger häufig) Loschmidt-Zahl (NL) genannt.
NA = 6.022 x 1023
1 mol H2O enthält 6.022 x 1023 Wassermoleküle.
1 mol NO3- enthält 6.022 x 1023 Nitrat-Ionen.
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