Aufbau der Elemente in Stichworten (Merksätzen)

Aufbau der Elemente in Stichworten (Merksätzen)
Atom
Das Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle
Atomkern
Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen
Atomhülle
Die Atomhülle besteht aus Elektronen
Elektronenzahl
Die Elektronenzahl in einem Atom ist gleich der Protonenzahl
Protonen
Protonen sind einfach positiv geladene Teichen mit einer Masse der
−27
kg
Größenordnung 10
Neutronen
Neutronen sind ungeladene Teilchen und sind leicht schwerer als Protonen
Elektronen
Elektronen sind negativ geladene Teilchen und etwa 2000 mal leichter als
Protonen
Kennzeichnung
von Atomen
Der Name eines Atoms wird durch einen Großbuchstaben und einem oder keinem
Kleinbuchstaben abgekürzt. Die Protonenzahl wird links oben neben die
Abkürzung geschrieben, Die Summe aus Protonen und Neutronen links unten.
(siehe Beispiel):
Schalenmodell
K-Schale
Das Schalenmodell beschreibt die Anordnung der Elektronen in der Atomhülle.
Die Atomhülle besteht aus einzelnen Schalen, die von innen nach außen
alphabetisch durchgezählt werden, beginnend bei K
Die K-Schale ist die 1. (innerste) Schale eines Atoms und kann 2 Elektronen
aufnehmen
Beispiel 1: Natrium
11
23 Na
enthält 11 Protonen und 12 Neutronen = 23 Nukleonen, sowie 11 Elektronen.
Die 11 Elektronen sind auf 3 Elektronenschalen aufgeteilt
K-Schale :
L-Schale :
M-Schale :
2 Elektronen
8 Elektronen
1 Elektron
2
2
6
1
Elektronenkonfiguration : 1s 2s 2 p 3s
Beispiel 2: Silizium
14
14
14
14
Si hat drei Isotope , 28
Si , 29
Si und 30
Si .Es enthält 14 Protonen und eine unterschiedliche
Neutronenzahl (14, 15 und 16), sowie 14 Elektronen.
Die 14 Elektronen sind auf 3 Elektronenschalen aufgeteilt
K-Schale :
L-Schale :
M-Schale :
2 Elektronen
8 Elektronen
4 Elektronen
2
2
6
2
2
Elektronenkonfiguration : 1s 2 s 2 p 3s 3 p
Beispiel 3: Chlor
17
Die L-Schale ist die 2. Schale eines Atoms und kann 8 Elektronen aufnehmen
17
17
Cl hat zwei Isotope 31
Cl und 33
Cl . Es enthält 17 Protonen und eine unterschiedliche
Neutronenzahl (14 und 16), sowie 17 Elektronen.
M-Schale
Die M-Schale ist die 3. Schale eines Atoms und kann 18 Elektronen aufnehmen
Die 17 Elektronen sind auf 3 Elektronenschalen aufgeteilt
Unterschalen
Ab der L-Schale existieren Unterschalen, die mit s,p,d,f bezeichnet werden
K-Schale :
L-Schale :
M-Schale :
L-Schale
2 Elektronen
8 Elektronen
7 Elektronen
s-Unterschale
Enthält maximal 2 Elektronen
p-Unterschale
Enthält maximal 6 Elektronen
d-Unterschale
Enthält maximal 10 Elektronen
f-Unterschale
Enthält maximal 14 Elektronen
Kennzeichnung
der Elektronenkonfiguration
Die Elektronenkonfiguration wird angegeben durch das Hintereinanderschreiben
der Schalennummer, des Unterschalenbuchstabens und der „hochgestellten
Elektronenanzahl in der Unterschale (siehe Beispiel)
Isotope
Isotope sind Atome/Elemente gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher
Neutronenzahl. Sie verhalten sich chemisch gleich
Die 6 Elektronen sind auf 3 Elektronenschalen aufgeteilt
Isobare
Isobare sind Atome/Elemente gleicher Neutronenzahl, aber unterschiedlicher
Protonenzahl
K-Schale :
L-Schale :
M-Schale :
Edelgase/Edelgas- Edelgase sind Atome/Elemente deren Schalen mit der Maximalzahl möglicher
konfiguration
Elektronen gefüllt sind.
In Verbindungen können Atome eine edelgasähnliche Hülle bekommen, indem
sie Elektronen an einen Bindungspartner abgeben oder von diesem Elektronen
aufnehmen
Ionen
Ionen sind Atome, denen mindestens ein Elektron fehlt
2
2
6
2
5
Elektronenkonfiguration : 1s 2 s 2 p 3s 3 p
Beispiel 4: Kohlenstoff
6
C hat zwei Isotope 126 C und 136 C . Es enthält 6 Protonen und eine unterschiedliche
Neutronenzahl (6 und 7), sowie 6 Elektronen.
2 Elektronen
4 Elektronen
-
2
2
2
Elektronenkonfiguration : 1s 2s 2 p
Ein weiteres bekanntes Isotop ist 146 C . Dieses Isotop ist radioaktiv und zerfällt mit einer
Halbwertszeit von 5730 Jahren. Es wird zur Altersbestimmung benutzt (Radiokarbonmethode).
Aufgabe:
Beispiel einer chemischen (Ionen-) Bindung
Sauerstoff
Natrium hat ein einzelnes Elektron in der äußersten Schale. Ohne dieses Elektron wären alle
anderen Schalen komplett besetzt (Edelgaskonfiguration).
Chlor hat die aüßerste Schale bis auf ein fehlendes Elektron besetzt. Mit einem zusätzlichen
Elektron wäre die Schale komplett besetzt (auch eine Edelgaskonfiguration)
Na
8
O hat 3 Isotope mit jeweils unterschiedlicher Neutronenzahl (8, 9 und 10).
1. Wie lautet die korrekte Kennzeichnung der 3 Isotope ?
2. Wie viele Elektronen sitzen in der jeweiligen Schale ?
3. Wie lautet die Elektronenkonfiguration?
Cl
4. Zeichne das zugehörige Schalenmodell.
5. 2 Natriumatome und 1 Sauerstoffatom verbinden sich zu einem Molekül analog zur
Darstellung des NaCl. Versuche den Prozess anhand des Schalenmodells und der von den
Atomen angestrebten Edelgaskkonfiguaration zu erläutern.
Radioaktivität (Zerfallsmechanismen) in Stichworten (Merksätze):
β − − Zerfall
Atomkerne zu viele Neutronen besitzen sind instabil. Durch die Umwandlung
eines Neutrons (oder mehrerer in Folge) in jeweils 1 Proton und ein Elektron
sowie ein weiteres neutrales Elementarteilchen kann wieder ein stabiles
Gleichgewicht hergestellt werden. Das Proton verbleibt durch die anziehenden
−
Kernkräfte im Atomkern, während das Elektron als radioaktive β -Strahlung und
das weitere Elementarteilchen (Neutrino) den Kern und das Atom verlassen.
Bei einer Verbindung zwischen den beiden Elementen findet folgender Prozess statt:
β + − Zerfall
Das Natrium-Atom gibt sein äußerstes Elektron an das Chloratom ab und ist daher insgesamt
positiv geladen (11 Protonen, 10 Elektronen) hat aber eine Edelgaskonfiguration.(volle L-Schale,
M-Schale leer)
Das Chlor hat ein zusätzliches Elektron bekommen und hat dadurch ebenfalls eine volle (Unter-)
Schale ist durch das zusätzliche Elektron aber negativ geladen. Diese Konstellation aus einem
positiven und einem negativen Ion ist verantwortlich für die stabile Verbindung der beiden
Elemente Na und Cl zu Natriumchlorid (Kochsalz). Diesen Bindungstyp nennt man daher auch
Ionenbindung.
(+) Kochsalz (NaCl)
(-)
Atomkerne zu viele Protonen besitzen sind instabil. Durch die Umwandlung eines
Protons (oder mehrerer in Folge) in jeweils 1 Neutron und ein Positron (positiv
geladenes Elektron) sowie ein weiteres neutrales Elementarteilchen kann wieder
ein stabiles Gleichgewicht hergestellt werden. Das Neutron verbleibt durch die
+
anziehenden Kernkräfte im Atomkern, während das Positron als radioaktive β Strahlung und das weitere Elementarteilchen (Neutrino) den Kern und das Atom
verlassen.
α-Zerfall
Sehr schwere Atomkerne, die instabil sind kommen durch Aussendung eines αTeilchens (Ein Helium-Kern, 2Protonen und 2 Neutronen) in einen stabileren
Zustand.
Spontanspaltung
Einige sehr schwere - natürlich vorkommende - Atomkerne neigen dazu spontan
in 2 (selten auch mehr) Bruchstücke zu zerfallen. Da schwere Atomkerne
neutronenreicher als leichte Atomkerne sind, haben die Spaltprodukte einen
Neutronenüberschuss und zerfallen danach in mehreren Schritten über den
β − − Zerfall wieder in stabile Kerne/Atome
Kernspaltung
Künstlich (in der Regel durch Neutronenbeschuss) hervorgerufene Kernspaltung.
Die Folgeprozesse entsprechen denen der Spontanspaltung