Grundlagen der Atomstruktur und chemischen Bindung

Grundlagen der Atomstruktur und Bindung

Orbitale und Elektronenkonfiguration

Elektronenspin

Der Spin beschreibt die Bewegung der Elektronen um den Atomkern und um sich selbst. Es gibt zwei mögliche Spin-Richtungen: +1/2 und -1/2. Wenn zwei Elektronen in einem Orbital eine entgegengesetzte Spinrichtung haben, werden sie als Pfeile dargestellt (einer nach oben, einer nach unten).

Orbitale

Ein voll besetztes Orbital enthält zwei Elektronen. Ein einzelnes Elektron in einem Orbital wird als ungepaart bezeichnet. Orbitale werden oft als Kästchen (sogenannte Quantenkästchen) dargestellt, in denen die Elektronen eingezeichnet werden.

Elektronenkonfiguration

Die Elektronenkonfiguration eines Atoms beschreibt, wie die Elektronen im Atom angeordnet sind.

Hund'sche Regel

Die Hund'sche Regel besagt: Energiegleiche Orbitale werden zuerst alle mit je einem Elektron besetzt, bevor ein Orbital mit einem zweiten Elektron aufgefüllt wird.

Chemische Eigenschaften und Regeln

Oxidationszahl

Die Oxidationszahl ist die Anzahl der Elektronen, die ein Atom gewinnt, verliert oder teilt, um eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen.

Wertigkeit

Die Wertigkeit eines Elements ist seine Fähigkeit, sich mit anderen Atomen zu verbinden, wobei Wasserstoff als Referenz mit der Wertigkeit 1 dient.

Oktettregel

Die Oktettregel besagt, dass Atome dazu neigen, eine stabile Elektronenkonfiguration mit acht Valenzelektronen zu erreichen, ähnlich der von Edelgasen. Eine Außenschale mit acht Elektronen gilt als die stabilste Konfiguration.

Elektronegativität

Die Elektronegativität ist die relative Fähigkeit eines Atoms, in einer chemischen Bindung ein Elektronenpaar an sich zu ziehen.

Arten chemischer Bindungen

Ionenbindung

Bei einer Ionenbindung entspricht die Wertigkeit der Anzahl der aufgenommenen oder abgegebenen Elektronen. Ein positiv geladenes Ion wird Kation genannt, ein negativ geladenes Ion Anion.

Kovalente Bindung

Eine kovalente Bindung ist eine chemische Bindung, die durch die gemeinsame Nutzung eines oder mehrerer Elektronenpaare entsteht.

Intermolekulare Kräfte

Van-der-Waals-Kräfte

Diese unterteilen sich in:

• Dipol-Dipol-Wechselwirkungen: Treten auf, wenn sich neutrale, polare Moleküle einander nähern.
  • Anziehungskräfte: Polare Moleküle ziehen sich an, wenn das positive Ende eines Moleküls vom negativen Ende eines anderen angezogen wird.
  • Abstoßungskräfte: Treten auf, wenn sich zwei gleich geladene Enden (+ und + oder - und -) zweier Moleküle nähern.
• London-Dispersionskräfte: Die Tatsache, dass auch Gase verflüssigt werden können, bedeutet, dass zwischen ihren Teilchen Anziehungskräfte wirken müssen. Diese werden als London-Dispersionskräfte bezeichnet.

Wasserstoffbrückenbindung

Die Wasserstoffbrückenbindung ist eine spezielle Art der intermolekularen Anziehungskraft zwischen einem Wasserstoffatom in einer polaren Bindung und einem freien Elektronenpaar eines elektronegativen Atoms eines benachbarten Moleküls.