Folie 1

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Atombau und Periodensystem
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Aber das ist doch schon die vereinfachte
Version für die Allgemeinheit !
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Aufbau der Atome

• Historische Entwicklung des Atombegriffs
• Demokrit 400 v.Chr.
• atomos - das Unteilbare, Materie besteht
• aus solchen unteilbaren Einheiten
• Aristoteles 350 v. Chr.
• verwirft Atomtheorie, statt dessen
• vier Elemente Erde, Wasser, Feuer, Luft
• vier Grundwerte Kälte, Nässe, Hitze, Trockenheit

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Aufbau der Atome
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Aufbau der Atome
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Aufbau der Atome

• John Dalton 1766-1844
• stellte 1808 die Atomhypothese auf
• Die Materie besteht aus unteilbarenkleinen
  Kugeln Atome
• Ein Element besteht aus gleich großen gleich
  schweren Atomen
• Chemische Reaktionen sind nur ein umordnen von
  Atomen

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Aufbau der Atome

• J.J.Berzelius 1779-1848
• entwirft 1813 die heutige chemische
• Schreibweise
• Ernest Rutherford 1871-1937
• stellt 1911 sein Kern-Hülle Modell vor

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Aufbau der Atome
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Aufbau der Atome
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Aufbau der Atome

• Atomkern Hülle
• Masse 99,95 0,05
• 1,67210-27kg 9,110-31 kg
• Ladung positiv negativ
• Teilchen Protonen Neutronen Elektronen
• Größe 10 -14m 10 -10m

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Elementarteilchen
Name Symbol Masse (kg) Masse Ladung
Proton p 1,673.10-27 1 u 1,60.10-19 C
Neutron n0 1,675.10-27 1 u 0 C
Elektron e- 9,107.10-31 1/2000 u -1,60.10-19 C
1 u (Unit, atomic mass unit) 1,66.10-27 kg
C Coulomb, jene Elektrizitätsmenge die von
Strom von 1 A in 1s transportiert wird (C A.s)
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Elementbegriff

• Ordnungszahl Kernladungszahl Protonenanzahl

Element ? Ordnungszahl
Massenzahl Protonenanzahl Neutronenanzahl
Notation
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Nuklide - Isotope

• Nuklid Atomsorte mit eindeutiger OZ und MZ
• Nuklide mit gleicher OZ ? gleiches Element
• Nuklide mit gleicher OZ ? ISOTOPE

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Rel. Atommasse (gewichtet nach dem natürlichen
Nuklidgemisch)
Nukleonenzahl
Häufigkeit
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Rel. Atommasse
Nuklid Nuklidmasse Häufigkeit Atommasse
12,0000 98,89
13,0034 1,11
12.0,9889 13,0034.0,0111 12,011
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Massenspektrometer
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Massenspektrum
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Elektronenhülle
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Flammenfärbung
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Aufspaltung von Licht

• Kontinuierliches Spektrum
• bei weißem Licht

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Linienspektren
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Modelle der Elektronenhülle
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Modelle der Elektronenhülle

• 1913 formulierte Niels Bohr folgende Postulate
• Elektronen umkreisen den Kern auf Bahnen
  Schalen
• Jede Schale entspricht einen bestimmten
  (diskreten) Energienivau
• Anzahl der Elektronen pro Schale 2n2

Niels Bohr 1885-1962
? DAS SCHALENMODELL entwickelte sich weiter zum
SPHÄRENMODELL
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Modelle der Elektronenhülle

• Das Sphärenmodell
• Elektronen mit niedriger Energie
• häufig sehr nahe beim Kern
• Elektronen mit höherer Energie
• weiter weg vom Kern
• Ordnung der Elektronen nach steigender Energie
• (in so genannten Sphären).

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Modelle der Elektronenhülle

• Die Sphären werden nun von den jeweils
  vorhandenen Elektronen von innen nach außen
  besetzt.
• Außenelektronen Elektronen in der äußersten
  Sphäre
• Valenzelektronen Für die chemische Bindung
  verantwortlich, hauptsächlich die Außenelektronen

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Modelle der Elektronenhülle

• Grenzen des Atommodells von Bohr
• 1) Kreisende Elektronen müssten an Energie
  verlieren
• 2) Heisenbergsche Unschärferelation
• 3) Welle Teilchen Dualismus

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Modelle der Elektronenhülle
1927 Werner Heisenberg Unschärferelation der Ort
x und der Impuls p eines Teilchens nicht
gleichzeitig beliebig genau bestimmt werden
können
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Modelle der Elektronenhülle
Welle Teilchen - Dualismus
Elementarteilchen können als Teilchen (Korpuskel)
oder als Welle wirken
Schrödinger berechnet Räume für Elektronen
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Modelle der Elektronenhülle

• Das Orbitalmodell von E. Schrödinger
• Pauli- Prinzip innerhalb eines Atoms gibt es
  keine zwei Elektronen mit gleicher Energie.
• Exakte Unterscheidung der Energiestufen nötig ?
  vier Quantenzahlen, die zusammen ein Elektron
  eindeutig charakterisieren.
• Benannt nach dem österreichischen Physiker
  Wolfgang Pauli (1900-1958, Nobelpreis f. Physik
  1945).

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Modelle der Elektronenhülle

• Orbitale, das quantenmechanische Äquivalent zu
  den Schalen oder Sphären nach Bohr, werden durch
  die Quantenzahlen beschrieben
• 1, Hauptquantenzahl (n) 1,2,3,4,...
• beschreibt die Größe des Orbitals, die
  Entfernung der Elektronen zum Kern und damit die
  Energie
• 2, Nebenquantenzahl (l) 0,1,2,3,... l0 ...
  n-1
• s,p,d,f
• beschreibt die Form des Orbitals und damit auch
  die Energie
• 3, Magnetquantenzahl (m) -l ...0...l
• beschreibt die räumliche Ausrichtung der
  Orbitale im Zusammenhang mit der
  Nebenquantenzahl
• l0 -- m0 (s)
• l1 -- m -1,0,1 (3 Möglichkeiten bei p)
• l2 -- m -2,-1,0,1,2 (5 Möglichkeiten bei d)
• 4, Spinquantenzahl 1/2 und -1/2
• beschreibt die Eigenrotation der Elektronen

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Das Orbitalmodell von E. Schrödinger

• Atomorbitale AO Aufenthaltsorte für jeweils
  maximal zwei Elektronen einer Sphäre.
• Arten der Orbitale
• s p d f

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1.4 Modelle der Elektronenhülle

• Bezeichnung des Atomorbitals erfolgt durch die
  Sphärenzahl (Hauptquantenzahl) und die
  Orbitalform (Nebenquantenzahl)
• 1s kleinstes AO, kugelförmig
• 2s größer als 1s, kugelförmig
• 2p in der 2. Sphäre, hantelförmig, es gibt immer
  drei energiegleiche 2p-Atomorbitale
• 3d in der 3. Sphäre, blumenartig, es gibt
  immer fünf energiegleiche 3d-Atomorbitale

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Energieabfolge der AO
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Modelle der Elektronenhülle
Das Schachbrett
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Aufbauprinzip der Hülle

• Energieminimumsprinzip
• Elektronen befinden sich immer in AO niedrigster
  Energie
• PAULI-Prinzip
• Max. 2 Elektronen pro AO. Die beiden Elektronen
  haben entgegengesetzten Spin.
• Hundsche Regel
• Energiegleiche Orbitale werden von den Elektronen
  zunächst einfach besetzt.
• Alle energiegleichen Orbitale einfach besetzt ?
  Doppelbesetzung

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Modelle der Elektronenhülle