Grundlagen der Atomphysik und chemische Bindungen

Aufbau des Atoms

Das Atom besteht aus:

• Kern: Befindet sich im Zentrum, ist positiv geladen und enthält fast die gesamte Masse.
• Rinde: Hier befinden sich die negativ geladenen Elektronen, die auf Umlaufbahnen um den Kern kreisen und nur einen geringen Teil der Atommasse ausmachen.

Atommasse und Isotope

Da Atome extrem klein sind, werden spezielle Einheiten für ihre Masse verwendet. Isotope sind Atome desselben Elements mit gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl und somit unterschiedlicher Masse.

Elektronenhülle und Ionen

Die Atomhülle ist der Bereich, in dem sich Elektronen bewegen. Elektronen in der äußersten, unvollständigen Schale werden als Valenzelektronen bezeichnet.

Ionen entstehen, wenn Atome Elektronen verlieren oder gewinnen:

• Kationen: Atome, die ein Elektron verloren haben (positiv geladen).
• Anionen: Atome, die ein Elektron gewonnen haben (negativ geladen).

Periodensystem

Das Periodensystem besteht aus 7 Perioden und 18 Gruppen.

Bohr-Modell

Postulate

1. Elektronen bewegen sich auf kreisförmigen Bahnen um den Kern, ohne Energie abzustrahlen.
2. Jede Bahn entspricht einem bestimmten Energieniveau. Je näher die Bahn am Kern liegt, desto geringer ist die Energie.
3. Atome emittieren Energie, wenn Elektronen von einer höheren auf eine niedrigere Bahn springen.

Schlussfolgerungen

Elektronen sind in Schalen oder Energieniveaus angeordnet:

• 1. Schale: 2 Elektronen
• 2. Schale: 8 Elektronen
• 3. Schale: 18 Elektronen

Dalton-Modell

1. Materie besteht aus extrem kleinen, unteilbaren und unzerstörbaren Atomen.
2. Atome desselben Elements sind in Masse und Eigenschaften identisch.
3. Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Masse und Eigenschaften.
4. Atome verschiedener Elemente verbinden sich in einfachen ganzzahligen Verhältnissen zu Verbindungen.

Chemische Bindungen

Eine chemische Bindung ist die Kraft, die Atome, Ionen oder Moleküle zusammenhält, um einen energetisch stabileren Zustand zu erreichen.

Valenzelektronen und Regeln

• Oktettregel: Atome streben danach, die Elektronenkonfiguration des nächstgelegenen Edelgases zu erreichen (8 Elektronen in der Außenschale).
• Duett-Regel: Wasserstoff, Lithium und Beryllium streben eine Konfiguration mit 2 Elektronen an (wie Helium).

Arten von Bindungen

Ionische Bindung

Anziehungskraft zwischen positiven und negativen Ionen durch Elektronentransfer. Typisch zwischen Metallen und Nichtmetallen.

Eigenschaften:

• Fest bei Raumtemperatur
• Hohe Schmelz- und Siedepunkte
• Wasserlöslich und elektrisch leitfähig in Lösung oder Schmelze
• Bilden stabile Kristallgitter

Kovalente Bindung

Anziehungskraft zwischen Nichtmetall-Atomen durch das Teilen von Valenzelektronen.

• Unpolare kovalente Bindung: Zwischen gleichen Atomen; Elektronen sind symmetrisch verteilt.
• Polare kovalente Bindung: Zwischen unterschiedlichen Atomen; ungleiche Ladungsverteilung aufgrund unterschiedlicher Elektronegativität.