AlCh 1 2. Atombau und PSE

Atome sind aus drei Elementarteilchen aufgebaut: ???

Die Art eines Elementes wir durch die Anzahl der ??? im ??? festgelegt. Diese Zahl heißt ??? oder ???

Alle H-Atome weisen unabhängig vom Fundort immer ein Proton im Kern auf, C-Atome immer 6. Alle H-Atome verfügen damit über ein Elektron in der Hülle, die C-Atome über 6 Elektronen. Da für die chemischen Eigenschaften die Elektronenhülle verantwortlich ist, kann man erwarten, dass die beiden Elemente sehr unterschiedliches Verhalten zeigen werden.

Interessanterweise spielt die Neutronenzahl des Kerns für die Art des Elementes offensichtlich keine Rolle. Es gibt nun Elemente, die besitzen bei gleicher Protonenzahl (sonst läge ja ein anderes Element vor) immer auch gleiche Neutronenzahl.

Diese 20 Elemente ( F,NA, P, Al usw) nennt mann ???

??? bestehen aus mindestens zwei Isotopen. Isotope eines Elementes enthalten bei gleicher Protonenzahl unterschiedliche Neutronenzahl.

Die Neutronenzahl erfasst man indirekt mit Hilfe der Massenzahl MZ, die gleich der Anzahl der Nukleonen ist.

Die molare Masse eines Elementes liegt in der Nähe der ???

Wie lassen sich nun die unterschiedlichen Kerne (Nuklide) formelmäßig darstellen? Man arbeitet mit dem sogenannten Nuklidsymbol. Um das Elementsymbol E sind vier Positionen definiert

Massenzahl                        Ladungszahl

                              E

Kernladungszahl                stöchiometr. Faktor

Die Zusammensetzung des Kerns wird eindeutig durch MZ und KZ festgelegt. Ist die Art des Elementes bekannt, muss nur noch MZ wiedergegeben werden:

Isotope eines Elementes besitzen ??? chemische Eigenschaften.

1. Bohrsches Postulat

2. Bohrsches Postulat

Hauptschalen

Hauptquantenzahl n ist ganzzahlig und beginnt mit dem Wert 1 für die Kernnächste Bahn die sog. K-Schale, für die zweitinnerste Bahn ist n=2 usw

Schale = K L N M O P

n = ? ? ? ? ? ?

3. Bohrsches Postulat

3. Bohrsches Postulat

Ein Elektronenübergang zwischen den Hauptschalen ist zulässig.

Um dieses Postulat anwenden zu können, müssen wir zunächst die Frage klären, in welcher der unendlich vielen Hauptschalen eines Wasserstoffatoms sich das Elektron befindet. Hierbei hilft uns das Energieprinzip der Natur:

Der energieärmste Zustand eines Systems liegt dann vor, wenn es am meisten Energie verloren hat. Das bedeutet für das Wasserstoffatom, dass sich das Elektron in der K-Schale befindet. Dieser Zustand des Wasserstoffatoms ist Jahrmillionen existent, wenn man ihm keinen Reaktionspartner anbietet oder Energie zuführt. Ein solcher Zustand heißt ???

Zwischen der K-Schale und der L-Schale besteht eine Energiedifferenz  ΔE1. Wenn wir jetzt den H-Atomen z. B. durch Erhitzen Energie zuführen und die Temperatur der Flamme ausreicht, kann das Elektron nach dem 3. Bohrschen Postulataus der K-Schale in die L-Schale angehoben werden. Man spricht von einer Anregung, der resultierende Zustand heißt ???

Quantenzahlen und Orbitalmodell:

Man stellte fest, dass beim Rücksprung des angeregten Elektrons (auch wenn mehrere Elektronen vorhanden sind, wird immer nur eins angeregt) aus der L-Schale (beim H-Atom eine Linie) bei höheren Atomen zwei Emissionslinien auftraten die zwar energetisch dicht beieinander lagen, aber dennoch deutlich getrennt vorlagen.

Man musste daraus den Schluss ziehen, dass die Hauptschale n=2 (L-Schale) in wirklichkeit aus zwei Schalen besteht die wir unterschalen nennen.

Beide Unterschalen gemeinsam bilden die L-Schale.

Beim Rücksprung aus der M-Schale (beim H-Atom eine Linie) beobachtete man bei höheren Atomen drei Linien. Die M-Schale besteht also aus drei Unterschalen. Allgemein gilt:

Zur Adressierung der Unterschalen benötigen wir eine neue Quantenzahl. Sie heißt Nebenquantenzahl l  und kann in einer Hauptschale n die Werte l = 0,1,2,3...n-1 annehmen.

Bei den bisher bekannten Elementen werden auch in den Hauptschalen mit n = 5, 6, und 7 unabhängig von n nur die vier ersten Unterschalen mit Elektronen besetzt.

Wie bei den Hauptschalen fürt man bei den Unterschalen ein:

s p d f

Die K-Schale (n=1) besteht also aus einer Unterschale l=0. Mann bezeichnet die Unterschale als 1s Unterschale. Dabei steht die 1 für n=1 und das s für l=0.

Die L-Schale (n=2) besteht aus zwei Unterschalen mit l=0 (s) und l=1 (p). Die Zuordnung der Nebenquantenzahl erfolgt, in dem man vom Kern aus die Hauptschale n=2 betrachtet. Die erste also Kernnächste Unterschale ist l=0 (s), die dann follgende etwas Kernfernere ist l=1 (p). Im Energieniveaudiagramm liegt also die 2s-Unterschale energetisch niedriger als 2p, da die 2s-Unterschale kernnäher ist.

Entsprechend finden wir in der M-Schale neben s- und p-Unterschale erstmalig die d-Unterschale. Analog ist die energetische Abfolge von unten nach oben 3s, 3p und 3d.

Ab der vierten Hauptschale n=4 trittzusätslich die f-Unterschale auf. Weitere Unterschalen werden auch in den Höheren Hauptschalen nicht mit Elektronen besetzt.

Merke dass das Energiniveau der 4s-Unterschale unterhalb des 3d-Niveaus liegt. dies wird möglich weil die Hauptschalen energetisch mit steigendem n immer dichter zusammenrücken, die Unterschalen einer Hauptschale aber energetisch auseinander liegen, sodass „Überlappungen“ erfolgen können. Diese sogenannten Niveauinversionen findet man in allen höheren Hauptschalen.

Der Physiker ZEEMAN untersuchte die Linienspektren von angeregten Atomen, wobei er die Flamme und damit die leuchtenden Atome in ein starkes äußeres Magnetfeld brachte. Unter diesen Bedingungen traten weitere Linien auf, die nur den Schluss zuließen, dass auch die Unterschalen weiter unterteilt sind. Diese „Unter-Unterschalen“ nennen wir heute Orbitale und sie sind letztendlich die genauen Aufenthaltsorte der Elektronen. Es gilt:

Merken Sie sich zunächst einfach die Zahlen 1, 3, 5, 7 für die Anzahl der s-, p-,d- und f-Orbitale.

Wegen des Versuchs im Magnetfeld heißt diese Quantenzahl Magnetquantenzahl m_l . Den Einzelwerten werden wieder Buchstaben zugeordnet. Im Fall der s-Unterschale ist keine Differenzierung erforderlich. Die p-Unterschale besteht aus drei Orbitalen, die durch einen Index x, y oder z unterschieden werden.

Es gellten follgende Beziehungen:

r_ns < r_np < r_nd < r_nf und

E_ns < E_np < E_nd  E_nf

Im AO-Schema haben wir Ort und Energie von Teilchen sehr genau bestimmt das ist nach der Heisenbergschen Unschärferelation aber nicht zulässig:

anhand des AO-Schemas wir benötigen
vor allem die Energie der Elektronen. Dann kann man für den Aufenthaltsort jedoch nur statistische Aussagen treffen

Orbitale werden heute wie folgt definiert:

Die Hauptquantenzahl n bestimmt ??? und ??? eines Orbitals

Die Nebenquantenzahl l bestimmt die ??? des Orbitals und modifiziert seine ???.

Die Magnetquantenzahl ml bestimmt die ??? des Orbitals.

Atomorbitalschema und Besetzungsregeln

Mit Hilfe des AO-Schemas sind wir nun in der Lage, die Frage zu beantworten, welche der unendlich vielen Orbitale, über die jedes Atom verfügt, mit Elektronen besetzt sind. Ein unentbehrliches Hilfsmittel für die Ermittlung der Elektronenkonfiguration sind die sogenannten Besetzungsregeln

1. Aufbauprinzip:

2. Pauli-Prinzip

3. Hundsche Regel:

Bei HG-Elementen sind nur die Elektronen der äußersten Hauptschale ???.
 

d-Elemente und f-Elemente gemeinsam heißen

Bei allen Übergangselementen auch der noch folgenden höheren Perioden sind die beiden s-Elektronen der äußersten sowie alle d-Elektronen der
zweitäußersten Hauptschale ???

Sind die (n – 2) f-Niveaus gefüllt, werden erst die (n – 1) d-Orbitale und dann die
np-Orbitale besetzt (n – Hauptquantenzahl der äußersten Hauptschale).

Bringt man die 116 bis jetzt bekannten Elemente in eine Anordnung, bei der Elemente gleicher Valenzkonfiguration übereinander und die gleicher Hauptquantenzahl der Valenzschale nebeneinander stehen, so erhält man das

Aufbau des PSE
Es wurde deutlich, dass das PSE aus acht Gruppen und sieben Perioden besteht.
Die Hauptgruppen werden meist als a-Gruppen (Ia bis VIIIa) bezeichnet. Sie
haben folgende Namen

Wir hatten oben gesehen, dass auf die Erdalkalimetalle ab der 4.Periode die zehn
Übergangs- oder d-Elemente folgen (IIIb–IIb-Gruppen). Im Gegensatz zu den
Hauptgruppen beginnen die b-Gruppen nicht mit der Ib-, sondern der IIIb-
Gruppe. Grund ist die Anzahl der Valenzelektronen. Die Alkalimetalle bilden die
Gruppe Ia, da sie über ein Valenzelektron (ns1) verfügen. Die IIIb-Elemente Scandium
(4s23d1) und seine Homologen (untereinanderstehende) besitzen aber drei
Valenzelektronen (ns2(n – 1)d1).

Die inneren Übergangselemente bilden eine Reihe von je 14 Elementen, die nicht
in ein 8er-Schema gepresst werden können. Auch von den chemischen Eigenschaften
her würde dies keinen Sinn machen, da sich die Actiniden und vor allem die
Lanthaniden untereinander chemisch äußerst ähnlich sind. Die f-Elemente werden
daher ausgegliedert. Symbolhaft finden Sie im PSE hinter La und Ac einen
dicken Strich für die Position der f-Elemente

Wieviele Protonen Neutronen und Elektronen besitzen

das ⁵⁸₂₇Co²⁺ Ion und das ⁵⁹₂₇Co³⁺ Ion

⁵⁸₂₇Co²⁺ Ion

Wie heissen die Grössen die sich hinter 58 und 27 verbergen ?

Haben die verschiedenen Nuklide eines Elementes gleiche chemische
bzw. physikalische Eigenschaften? Begründung

Warum finden sich in der 1. Periode zwei, in der 2. Periode acht und in
der dritten Periode ebenfalls acht Elemente?