Grundlagen der Atomphysik und Periodensystem

Grundlagen der Atomphysik

• Wert der Masse eines Protons: ca. 1 amu

Quantenzahlen

• n (Hauptquantenzahl): 1, 2, 3, ... n
• l (Nebenquantenzahl): 0, 1, 2, ... (n-1) für jedes n
• m (Magnetquantenzahl): -l bis +l (inklusive 0) für jedes l
• s (Spinquantenzahl): +1/2 und -1/2 für jedes m

Entwicklung des Periodensystems

• Vater des Periodensystems: Mendelejew (basierend auf atomaren Massen)
• Aktuelles Periodensystem: Moseley (basierend auf Ordnungszahlen)

Beiträge von Döbereiner und Newlands

1. Döbereiner (Triaden): Die Masse des mittleren Elements entsprach fast dem Mittelwert der beiden anderen.
2. Newlands (Gesetz der Oktaven): Bei Anordnung nach zunehmender Atommasse zeigten Elemente in Gruppen von sieben ähnliche Eigenschaften beim achten Element.

Definitionen

• Ionisierungsenergie: Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus einem gasförmigen Atom zu entfernen und ein Kation zu bilden.
• Atomvolumen: Das Volumen, das ein Mol Atome einnimmt (berechnet aus Masse und Dichte).
• Elektronenaffinität: Energie, die freigesetzt wird, wenn ein Atom ein Elektron einfängt und ein negatives Ion bildet.
• Elektronegativität: Neigung eines Atoms, bei einer Bindung Elektronenpaare anzuziehen.
• Ionenwertigkeit: Anzahl der Elektronen, die gewonnen oder verloren werden, um ein stabiles Ion zu bilden.
• Metall: Ein Element, das leicht Elektronen abgibt.
• Nichtmetall: Ein Element, das leicht Elektronen aufnimmt.
• Stationäres Orbital: Zustand, in dem keine Energie absorbiert oder emittiert wird.
• Ordnungszahl (Z): Anzahl der Protonen in einem Atom (charakteristisch für jedes Element).
• Massenzahl (A): Summe aus Protonen und Neutronen in einem Atom.
• Isotope: Atome desselben Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl (z. B. Wasserstoff: Protium, Deuterium, Tritium).

Gewichtsgesetze

• Gesetz von der Erhaltung der Masse (Lavoisier): Masse wird weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur umgewandelt.
• Gesetz der konstanten Proportionen (Proust): Elemente verbinden sich in definierten und konstanten Massenverhältnissen zu einer Verbindung.
• Gesetz der multiplen Proportionen (Dalton): Die Mengen desselben Elements, die sich mit einer festen Menge eines anderen Elements verbinden, stehen in einem einfachen Zahlenverhältnis.
• Gesetz der gegenseitigen Proportionen (Richter): Die Gewichte verschiedener Elemente, die sich mit demselben Element verbinden, stehen in einem einfachen Verhältnis zueinander.

Volumengesetze

• Gesetz von Gay-Lussac (Gasmengen): Bei Gasreaktionen stehen die Volumina der beteiligten Gase bei gleichem Druck und gleicher Temperatur in einem einfachen ganzzahligen Verhältnis.

Avogadro-Hypothese

1. Gleiche Volumina verschiedener Gase enthalten bei gleichem Druck und gleicher Temperatur die gleiche Anzahl an Teilchen.
2. Die kleinsten Teilchen elementarer Gase sind keine Atome, sondern Aggregate aus Atomen, sogenannte Moleküle.