Grundlagen der Atomstruktur und chemischen Bindung

Radioaktivität

Das Phänomen, dass einige Substanzen Strahlung emittieren, die Fotoplatten schwärzen, Gase ionisieren, Fluoreszenz erzeugen und undurchsichtige Materialien durchdringen kann. Diese Elemente werden als radioaktiv bezeichnet.

Strahlung kann Alpha- (positiv geladene Helium-Atome, die leicht von Materie absorbiert werden), Beta- (Elektronen, durchdringender) und Gamma-Strahlung (noch eindringender, elektromagnetischer Natur) sein.

Rutherford-Modell

• Kern: Besteht aus Z Protonen und N Neutronen, verantwortlich für die Masse und positive Ladung des Atoms. Die Massenzahl A ist gleich der Summe der Protonen und Neutronen: A = Z + N.
• Hülle: Besteht aus Elektronen, trägt die negative elektrische Ladung des Atoms. Da das Atom elektrisch neutral ist und Protonen und Elektronen gleiche Ladungen haben, ist die Anzahl der Elektronen in der Hülle gleich der Anzahl der Protonen im Kern.

Chemisches Element

Ein Stoff, der aus Atomen besteht, die alle die gleiche Ordnungszahl haben.

Bohr-Postulate

1. Elektronen (e-) können sich nur auf bestimmten stationären Bahnen bewegen, ohne Energie auszusenden oder zu absorbieren. Die Energie für jede Bahn wird als Energieniveau bezeichnet.
2. Erlaubte stationäre Bahnen werden durch verschiedene ganzzahlige Werte von n = 1, 2, 3, 4... bestimmt, genannt Hauptquantenzahl n.
3. Wenn ein Elektron von einer höheren zu einer niedrigeren Umlaufbahn springt, wird die Energiedifferenz E als Strahlung ausgesendet. Wenn der Sprung umgekehrt erfolgt, wird E absorbiert.

Das Studium der Spektren belegt die Existenz verschiedener Energieniveaus innerhalb des Atoms, die den möglichen Zuständen der Elektronenverteilung in der Hülle entsprechen.

Hund'sche Regel

Beim Auffüllen von Orbitalen gleicher Energie werden Elektronen so angeordnet, dass die Anzahl der ungepaarten Elektronen mit parallelem Spin maximal ist.

Moderne Atomtheorie

Nach heutiger wissenschaftlicher Erkenntnis ist die Position eines Elektrons verschwommen; man kann nicht gleichzeitig seine genaue Position und Geschwindigkeit bestimmen. Wir können nur die Wahrscheinlichkeit angeben, es in einer bestimmten Region des Raumes zu finden. Statt von Bahnen spricht man von Orbitalen.

Atomare Größe

Die atomare Größe nimmt innerhalb einer Gruppe zu, aber innerhalb einer Periode ab. Dies liegt daran, dass in einer Periode die Anzahl der Schalen konstant bleibt, während die positive Ladung des Kerns zunimmt. Die Elektronen der äußersten Schale werden stärker angezogen, wodurch die Größe abnimmt.

Ionenbindung (Salzbrücke)

Tritt zwischen Atomen von Elementen mit sehr unterschiedlicher Elektronegativität auf. Es ist die Vereinigung, die durch elektrostatische Kräfte zwischen Ionen mit entgegengesetzten Ladungen zustande kommt.

• Eigenschaften:
• Höherer Schmelz- und Siedepunkt.
• Kleiner Ausdehnungskoeffizient.
• Relativ hohe Härte.

Ionisierungsenergie

Die Energie, die von einem gasförmigen Atom absorbiert wird, um ein Elektron zu entfernen.

Elektronenaffinität

Die Energie, die freigesetzt wird, wenn ein gasförmiges Atom ein Elektron aufnimmt.

Kovalente Bindung

Atome teilen Elektronenpaare, um eine Edelgaskonfiguration (8 Elektronen in der äußersten Schale) zu erreichen. Diese geteilten Elektronen haben entgegengesetzten Spin.

• Merkmale:
• Bilden Moleküle.
• Oft im flüssigen oder gasförmigen Zustand.
• Generell nicht wasserlöslich und leiten keinen Strom.

Nach Lewis können Atome stabile Elektronenkonfigurationen durch den Austausch von Elektronen erreichen. Ein Atom erreicht eine stabile Edelgaskonfiguration, wenn es 8 Elektronen in seiner äußeren Schale besitzt.

Die Elektronen werden nicht von einem Atom auf das andere übertragen, sondern bei der Bildung eines Moleküls geteilt. Jedes Paar geteilter Elektronen bildet eine kovalente Bindung.

Unterschied zwischen Molekül und Kristallgitter

Ein Molekül besteht aus einer bestimmten Anzahl von Atomen, und die Formel gibt die Art und Anzahl der Atome an, aus denen es besteht. Im Kristallgitter ist die Anzahl der Ionen nicht festgelegt, daher gibt es keine Molekülformel im herkömmlichen Sinne. Die Formeln ionischer Verbindungen geben nicht die Zusammensetzung des Gitters an, sondern das relative Verhältnis der Ionen jeder Art, das vorhanden sein muss, um elektrische Neutralität zu gewährleisten.

Enthalpie

Eine physikalische Größe, die der Wärmemenge entspricht, die bei einer chemischen Reaktion bei konstantem Druck beteiligt ist.

Hess'scher Satz

Die Enthalpie einer Reaktion ist gleich der Summe der Bildungsenthalpien der Produkte abzüglich der Summe der Bildungsenthalpien der Edukte.