Atommodelle und Atomstruktur: Eine umfassende Einführung

Die Entwicklung der Atommodelle und Atomstruktur

Das Plum-Pudding-Modell (Thomson-Modell)

• Dies war das erste Modell zur Erklärung der Atomstruktur.
• Seine Entwicklung basierte auf der Erkenntnis, dass die Masse des Elektrons viel kleiner war als die des Protons.
• Das Modell ging davon aus, dass Elektronen in einer positiv geladenen Materie (dem "Pudding") eingebettet sind, ähnlich Rosinen in einem Pudding.
• Die Elektronen würden im "Pudding" schwimmen.

Erklärung der Ionenbildung durch das Plum-Pudding-Modell:

• Wenn ein Atom Elektronen aufnimmt, wird es zu einem negativ geladenen Anion.
• Wenn ein Atom Elektronen verliert, wird es zu einem positiv geladenen Kation.

Das Rutherford-Modell

• Rutherford bewies experimentell, dass Thomsons Modell nicht haltbar war.
• Rutherford schlug ein Atommodell vor, das im Wesentlichen leer ist, wobei die gesamte Masse in einem kleinen, positiv geladenen Kern konzentriert ist und Elektronen diesen umkreisen.
• Die gemessene Masse der Elektronen und Protonen entsprach nicht der Gesamtmasse des Atoms. Dies deutete darauf hin, dass es noch andere ungeladene Teilchen (Neutronen) geben musste.

Das Bohr'sche Atommodell

Problem des Rutherford-Modells:

• Beschleunigte Elektronen im Orbit würden bei hoher Energie Strahlung (Radioaktivität) aussenden.
• Durch den Verlust dieser Energie würden sie an Geschwindigkeit verlieren und in den Kern stürzen.

Bohrs Hypothese und Modell:

• Elektronen können den Kern nur auf bestimmten Bahnen umkreisen, ohne dabei Energie abzugeben.
• Es gibt mehrere Bahnen in einem Atom.
• Das Elektron besitzt eine bestimmte Energiemenge, abhängig von seiner Umlaufbahn (höher, je weiter vom Kern entfernt).
• Elektronen können zwischen Bahnen "springen":
  • Sie gewinnen Energie, wenn sie sich vom Kern entfernen (Energieaufnahme).
  • Sie verlieren Energie, wenn sie sich dem Kern nähern (Energieabgabe).

Grundlagen der Atomstruktur

Ordnungszahl (Z) und Massenzahl (A)

• Ordnungszahl (Z): Die Anzahl der Protonen in einem Atom. Sie bestimmt die Art des Elements.
• Massenzahl (A): Die Gesamtzahl der Teilchen im Atomkern (Protonen + Neutronen).

Elektronenkonfiguration

• Die Elektronen sind in Bahnen oder Schalen um den Kern verteilt.
• Diese Bahnen sind energiereicher, je weiter sie vom Kern entfernt sind.
• In jede Schale passt nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen.
• Jede Schale kann bis zu vier Unterschalen oder Orbitale beherbergen: s, p, d, f.

Isotope

Isotope sind Atome eines Elements mit gleicher Ordnungszahl (Z), aber unterschiedlicher Massenzahl (A). Das bedeutet, sie haben die gleiche Anzahl an Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen. Die Ordnungszahl (Z) bestimmt die Art des Elements.