AtomhypotheseAtommodell: Kern-Hülle

Schalenmodell

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Diese Präsentation soll klären

• aufgrund welcher experimentell ermittelten Kenntnisse eine Atomhypothese entwickelt wurde

• dass das Atom nicht atomos ist• welche Kräfte zwischen Ladungen wirken• aus welchen Elementarteilchen ein Atom

aufgebaut ist• wie gross Atome und ihre Bausteine sind• wie die Atombausteine verteilt sind

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Massenerhaltung

Bei chemischen Reaktionen ändert sich die Masse der beteiligten Stoffe nicht.

http://www.ekato.com/uploads/pics/chemie.jpghttp://www.feuerwehr-kleinenglis.de/assets/images/0026-feuer.jpg

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Konstante Proportionen

Elemente liegen in einer Verbindung immer im gleichen Massenverhältnis vor.

(Joseph-Louis Proust,

1754-1828)

http://de.wikipedia.org/wiki/Joseph-Louis_Proust

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Multiple Proportionen

Bilden zwei Elemente mehrere Verbindungen miteinander, so gilt:Die Massen des einen Elements, die sich mit immer der gleichen Masse des anderen Elements verbinden, stehen im Verhältnis einfacher ganzer Zahlen zueinander.John Dalton (1766-1844)

Bildquelle: http://de.wikipedia.org/wiki/John_Dalton

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Atomhypothese von Dalton (1803)

Massenerhaltung, konstante Proportionen und multiple Proportionen lassen sich am einfachsten erklären, wenn man die Materie wie folgt betrachtet:

Bildquelle: http://de.wikipedia.org/wiki/John_Dalton

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Bildquelle: http://www.daviddarling.info/images/Daltons_symbols.gif

1. Jedes Element besteht aus kleinsten, nicht weiter teilbaren Teilchen, den Atomen.

2. Alle Atome eines Elements haben die gleiche Größe und die gleiche Masse. Die Atome unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich in ihrer Masse.

3. Atome sind unzerstörbar. Sie können durch chemische Vorgänge weder vernichtet noch erzeugt werden.

4. Bei chemischen Reaktionen werden die Atome der Ausgangsstoffe neu angeordnet und in bestimmten Anzahlverhältnissen miteinander verknüpft.

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Bereits die alten Griechen...

Demokrit (460 – 317 vChr):

„Nur scheinbar hat ein Ding eine Farbe, nur scheinbar ist es süss oder bitter; in Wirklichkeit gibt es nur Atome und leeren Raum.“

http://de.wikipedia.org/wiki/Demokrit

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Atombausteine

atomos bedeutet unteilbar, unzerstörbar.

Doch bereits bei Zufuhr geringer Energiebeträge gelingt es, aus elektrisch nicht geladener Materie elektrisch geladene Teilchen zu entfernen!

(Z.B. wenn man in trockenen Räumen eine Katze streichelt, „zwickt“ es)

Daher liegt der Schluss nahe: Atome sind aus geladenen Teilchen aufgebaut.

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Ladung

Es gibt positiv geladene, negativ geladene und ungeladene (= neutrale) Teilchen.

Einheit der Ladung:

C (Coulomb)Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)

http://de.wikipedia.org/wiki/Charles_Augustin_de_Coulomb

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Ladung

Die kleinste in der Natur frei vorkommende Ladung ist die Elementarladung (1e=1.60210-19C)

Zwischen Ladungen wirken Kräfte:

+ - Anziehung

+ + Abstossung

- - Abstossung

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Coulomb-Gesetz

Die zwischen zwei Ladungen wirkende Kraft berechnet sich wie folgt:

F: Kraft

k: Konstante

Q1, Q2: Ladungen

r: Abstand zwischen den Ladungsschwerpunkten

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r

QQkF

+ - Anziehung+ + Abstossung- - Abstossung

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Atombausteine

Name

Symbol

Proton

p+

Elektron

e-

Neutron

n0

Ladung + 1e(1.60210-19C)

-1e-(1.60210-19C)

0

Masse ca. 1u(1.6710-24g)

ca. 0.0005u(9.11 10-28g)

ca. 1u(1.6710-24g)

bekannt seit

1898 (W.Wien)

1919 (Rutherford)

1897 (Thomson) 1932 (Chadwick)

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Atombau

Die Anzahl Protonen ist bestimmend dafür, um welches Element es sich handelt.

Die Anzahl Protonen ist gleich gross wie die Anzahl Elektronen; die Anzahl Neutronen ist variabel.

Grösse eines Atoms: Durchmesser des kleinsten Atoms d=10-10mhttp://powersof10.com/

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Atomsymbol

Ordnungszahl=Anzahl Protonen

Nukleonenzahl (=Massenzahl)

= Summe der Protonen und Neutronen

Ladung nur schreiben wenn von 0 verschieden

LadungahlNukleonenzhlOrdnungsza Symbol

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Gesucht: Anzahl p+, e-, n, Symbol

Symbol Anzahl p+ Anzahl e- Anzahl n

6 6

197Au

8 8

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Gesucht: Anzahl p+, e-, n, Symbol

Symbol Anzahl p+ Anzahl e- Anzahl n

12 6C 6 6 6

197Au 79 79 11816

8O 8 8 8

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Rutherford-Modell

Das Kern-Hülle-Modell des Atoms wurde von E. Rutherford entwickelt

Link zu einer Animation des Experiments

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Rutherford-Modell

DimensionenDurchmesser Atom: ca. 10-10 mDurchmesser Kern: ca. 10-15 m

Vergleich: Wäre das Atom so gross, dass es in der Gymerhalle Platz hätte (d=20m), so hätte der Kern einen Durchmesser von d=0.2mm (entspricht der Dicke eines Schreibpapiers)

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Atomhülle

Man misst die Ionisierungsenergie, d.h. die Energie, die zum Abspalten eines Elektrons vom Atom notwendig ist.

Man erwartet einen mehr oder weniger gleichmässigen Anstieg (Coulombgesetz).

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MAGNESIUM Alle Ioniseriungsenergien

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Elektron Nummer

IE [

eV

]

IE erwartet

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MAGNESIUM Alle Ionisierungsenergien

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Elektron Nummer

IE [

eV

]

IE erwartet

IE gemessen

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Schalenmodell

Wären alle Elektronen gleich weit vom Kern entfernt, so würde die Ionisierungsenergie von Elektron zu Elektron gleichmässig ansteigen.

Einfachste Interpretation des gemessenen Verlaufs der Ionisierungsenergien:

Elektronen befinden sich in unterschiedlichen Abständen vom Kern, in den so genannten SCHALEN.

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Schalenmodell

Name der Schale Nummer Maximale Anzahl ElektronenK 1 2L 2 8M 3 18N 4 32O 5 [50] (ist nie voll gefüllt)P 6 [72] (ist nie voll gefüllt)Q 7 [98] (ist nie voll gefüllt)

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Atombau und Periodensystem

Animation

www.periodictable.com

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Atombau und Periodensystem

Hauptgruppennummer: Anzahl Valenzelektronen

Periodennummer:

Anzahl

Elektronenschalen