Chemie Grundlagen: Atommodelle, Periodensystem & Stoffeigenschaften

Atommodelle und Elektronenkonfiguration

Bohrs Atommodell

Das Bohrsche Modell präsentierte ein Wasserstoffatom zur Erklärung der elektronischen Struktur der Atomhülle und begründete das Atomspektrum eines Elements. Es basierte auf drei Kriterien:

• Das Elektron kreist um den Kern in kreisförmigen Bahnen fester Energie.
• Nur in bestimmten Bahnen haben Elektronen spezifische Energiewerte. Diese Bahnen werden als Energieniveaus bezeichnet.
• Wenn ein Elektron von einem höheren Energieniveau zu einem niedrigeren wechselt, wird die Energiedifferenz als Licht abgestrahlt.

Sommerfelds Erweiterung: Energieniveaus und Unterstufen

Da spektrale Ausrüstung mit höherer Auflösung verwendet wurde, zeigten sich einige Linien, die zuvor als einfach galten, als aufgespalten. Dies, gekoppelt mit der unzureichenden Vorhersagekraft für Mehrelektronenatome, führte dazu, dass Arnold Sommerfeld eine Erweiterung des Atommodells seines Lehrers vornahm. Sommerfeld schlug vor, dass jedes Energieniveau in Unterebenen unterteilt ist (so viele, wie durch seine Hauptquantenzahl angegeben).

Elektronenkonfiguration

Die Elektronenkonfiguration beschreibt die Anordnung der Elektronen in den verschiedenen Schalen und Unterschalen der Atomhülle, geordnet nach steigender Energie.

Ionenbildung: Anionen und Kationen

Wenn ein Atom Elektronen aufnimmt, wird es zu einem negativen Ion oder Anion, mit so vielen negativen Ladungen, wie Elektronen aufgenommen wurden.

Wenn ein Atom Elektronen verliert, wird es zu einem positiven Ion oder Kation, mit so vielen positiven Ladungen, wie Elektronen abgegeben wurden.

Entwicklung des Periodensystems

Historische Klassifizierungen

• J. Berzelius führte 1813 die erste Klassifizierung von Elementen in Metalle und Nichtmetalle ein.
• J. Newlands formulierte das Gesetz der Oktaven: „Wenn man alle Elemente in der Reihenfolge zunehmender Atommasse anordnet, ähneln sich die Eigenschaften jedes achten Elements denen des ersten.“
• L. Meyer zeigte eine periodische Abhängigkeit des Atomvolumens.
• Gleichzeitig präsentierte D. Mendelejew sein Periodensystem, das die Elemente nach zunehmender Atommasse ordnete. Er ordnete Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften (Familien) vertikal an und ließ Lücken für unentdeckte Elemente.
• H. Moseley schlug vor, die Elemente nach steigender Ordnungszahl Z zu ordnen.
• Werner und F. Paneth schlugen das heutige System vor, das als Langperiodensystem bekannt ist.

Eigenschaften chemischer Verbindungen und Stoffe

Ionische Verbindungen

Eigenschaften von ionischen Verbindungen:

• Sie sind bei Raumtemperatur fest und bilden Kristallgitter (keine einzelnen Moleküle).
• Sie sind wasserlöslich.
• Elektrisch leitfähig im geschmolzenen oder gelösten Zustand.
• Besitzen hohe Härte und sind spröde.
• Haben hohe Schmelz- und Siedetemperaturen.

Molekulare Stoffe

Eigenschaften molekularer Stoffe:

• Sie bestehen aus einzelnen Molekülen.
• Da die intermolekularen Kräfte schwach sind, sind die meisten Stoffe gasförmig oder flüssig; feste Stoffe sind weich.
• Haben niedrige Schmelz- und Siedetemperaturen.
• Leiten keinen elektrischen Strom.
• Oft leicht in H₂O löslich.

Kovalente Kristalle

Eigenschaften von kovalenten Kristallen:

• Sie sind Feststoffe, die aus Atomen bestehen, welche durch kovalente Bindungen in allen drei Raumrichtungen miteinander verbunden sind.
• Sind in den meisten Lösungsmitteln unlöslich.
• Leiten keinen elektrischen Strom (außer Graphit).
• Sind sehr hart und ebenfalls spröde.
• Haben hohe Schmelz- und Siedetemperaturen.

Metalle

Eigenschaften von Metallen:

• Bei Raumtemperatur bilden Metalle feste Gitter (mit Ausnahme von Quecksilber, das flüssig ist).
• Sie besitzen metallischen Glanz.
• Leiten Wärme und Strom aufgrund der Beweglichkeit ihrer Elektronen.
• Unlöslich in H₂O.
• Geschmeidig und formbar.
• Weich bis zäh.
• Mäßige bis hohe Schmelz- und Siedetemperaturen (z.B. -39 °C bis 3400 °C).
• Hohe Dichte.