Grundlagen der Atomstruktur und chemische Bindungen: Elektronen, Protonen, Neutronen

Grundlagen der Atomstruktur und chemische Bindungen

Bestandteile des Atoms

• Elektron: Ein sehr leichtes, negativ geladenes und komplex bewegtes Teilchen um den Kern.
• Proton: Ein Teilchen mit einer positiven Ladung, die betragsmäßig gleich der des Elektrons ist. Es befindet sich im Atomkern und seine Masse ist viel höher als die des Elektrons.
• Neutron: Es ist ein elektrisch neutrales Teilchen mit einer ähnlichen Masse wie das Proton. Es befindet sich ebenfalls im Inneren des Atomkerns.

Weitere Konzepte zur Struktur des Atoms

Ordnungszahl (Z)

Die Anzahl der Protonen in einem Atom. Da Atome elektrisch neutral sind, entspricht die Ordnungszahl auch der Anzahl der Elektronen.

Massenzahl (A)

Die Zahl, die man durch Addition der Ordnungszahl und der Anzahl der Neutronen erhält, die ein Atom in seinem Kern hat (A = Z + N, wobei N die Neutronenzahl ist, also N = A - Z).

Isotope

Atome desselben Elements (gleiche Ordnungszahl), die sich in ihrer Massenzahl unterscheiden. Der Unterschied in der Masse bedeutet, dass sie eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen besitzen.

Atommasse eines Elements

Es ist der gewichtete Durchschnitt der Massen der verschiedenen Isotope. Die Massenzahl gibt die ungefähre Atommasse jedes Isotops an.

Ionen

Wenn ein Atom ein Elektron gewinnt oder verliert, wird es zu einem geladenen Teilchen, das als Ion bezeichnet wird. Bei Elektronenverlust wird es zu einem positiv geladenen Ion und heißt Kation. Andernfalls erhält es eine negative Ladung und wird als Anion bezeichnet.

Stoffe und Bindungen

Element

Grundlegender Stoff, der nicht in einfachere Substanzen zerlegt werden kann.

Chemische Bindung

Verschiedene Arten, wie Atome sich vereinigen.

Ionische Bindung

Es ist eine elektrische Anziehung zwischen Ionen unterschiedlicher Ladung. Sie tritt typischerweise zwischen einem Metall und einem Nichtmetall auf.

Kovalente Bindung

Dies ist die gemeinsame Nutzung von Elektronenpaaren. Bei jedem geteilten Paar gehört ein Elektron zu einem Atom und das andere zum zweiten Atom. Sie bildet sich zwischen zwei Nichtmetallen.

Kovalenter Feststoff

Eine Minderheit von Stoffen mit kovalenten Bindungen.

Unpolare kovalente Bindung

Tritt zwischen Atomen auf, die die Elektronenpaare gleichmäßig teilen. Dies geschieht, wenn die 2 Atome gleich sind. Beispiele: H₂, N₂, O₂, Cl₂.

Polare kovalente Bindung

Tritt zwischen unterschiedlichen Atomen auf. Beispiele: HCl, NH₃. Wenn die Geometrie des Moleküls eine hohe Symmetrie aufweist, können polare Bindungen sich gegenseitig aufheben und ein unpolares Molekül bilden.

Oktettregel

Bei der Bildung einer Verbindung tauschen oder teilen Atome Elektronen, um acht Valenzelektronen zu erhalten.

Metallische Bindung

Sie tritt zwischen den Atomen eines oder mehrerer Metalle auf. Sie führt zu einem Netzwerk, das als Metallgitter bezeichnet wird. In den Knotenpunkten dieses Gitters befinden sich Kationen.

Mol

Die Stoffmenge, die die Avogadro-Konstante an Teilchen enthält.

Bindungstypen und Eigenschaften von Stoffen

Tabelle der Eigenschaften verschiedener Bindungstypen:

Elementgruppen (Auszug)

Gruppe 1 (Alkalimetalle)

• Wasserstoff (H): 1s¹
• Lithium (Li): 1s¹ 2s¹
• Natrium (Na): 1s¹ 2s² 2p⁶ 3s¹
• Kalium (K): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

Gruppe 2 (Erdalkalimetalle)

• Beryllium (Be): 1s² 2s²
• Magnesium (Mg): 1s² 2s² 2p⁶ 3s²
• Calcium (Ca): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

Gruppe 16 (Chalkogene)

• Sauerstoff (O): 1s² 2s² 2p⁴
• Schwefel (S): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴
• Selen (Se): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁴

Gruppe 17 (Halogene)

• Fluor (F): 1s² 2s² 2p⁵
• Chlor (Cl): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
• Brom (Br): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁵