Grundlagen der Atomstruktur und Chemischen Bindung
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Rutherford Kernmodell des Atoms
Das Atom besteht aus einem zentralen Kern, der fast die gesamte Masse des Atoms enthält. Dieser Kern besteht aus positiv geladenen Teilchen, den Protonen.
In der Atomhülle befinden sich die Elektronen, deren Masse im Vergleich zum Kern vernachlässigbar ist. Sie kreisen auf konzentrischen Kreisbahnen um den Kern, wobei ihre negative Ladung die positive Ladung des Kerns ausgleicht.
Die Kerngröße ist sehr klein im Vergleich zur Größe des gesamten Atoms; zwischen dem Kern und der Hülle befindet sich ein leerer Raum.
Ordnungszahl (Z)
Die Ordnungszahl repräsentiert die Anzahl der Protonen im Kern.
Massenzahl (A)
Die Massenzahl ist die Summe der Anzahl der Protonen und Neutronen im Atomkern.
Bohr-Modell und das Spektrum des Wasserstoffatoms
Dieses Modell erklärt die elektronische Struktur der Atomhülle und begründet das atomare Spektrum dieses Elements.
Grundlagen des Bohr-Modells:
- Das Elektron kreist um den Kern nur in kreisförmigen Bahnen fester Energie.
- Es existieren nur bestimmte Bahnen, in denen Elektronen definierte Energiewerte besitzen. Diese Bahnen werden auch als Energie-Ebenen bezeichnet (dargestellt durch den Buchstaben n = 1, 2, 3, 4, ...).
- Wenn sich das Elektron von einem höheren Energieniveau zu einem niedrigeren bewegt, wird die Energiedifferenz als Licht freigesetzt.
Valenzelektronen
Valenzelektronen sind die Elektronen in der äußersten Schale eines Elements. Sie bestimmen das chemische Verhalten und die Eigenschaften der Elemente.
Bindungsenergie
Die Bindungsenergie ist die Energie, die freigesetzt wird, wenn zwei oder mehr Atome sich verbinden, um ein stabiles System (chemische Bindung) zu bilden. Sie entspricht der Energie, die benötigt wird, um die gebundenen Atome wieder zu trennen.
Moleküle
Moleküle sind stabile Cluster aus einer festen Anzahl von Atomen.
- Sind die Atome gleich, handelt es sich um ein Element.
- Sind die Atome unterschiedlich, bilden sie eine Verbindung.
Kristalle
Kristalle sind stabile, sehr große Cluster einer variablen Anzahl von Atomen oder Ionen. Sie bilden Feststoffe, deren Teilchen eine regelmäßige Anordnung in allen Richtungen aufweisen.
Die Oktett-Regel
Die Atome der Edelgase sind die stabilsten bekannten. Ihre elektronische Struktur ist besonders stabil, da sie (mit Ausnahme von Helium, das eine volle 1s-Schale besitzt) acht Elektronen in der äußeren Schale aufweisen.
Atome kommen zusammen, um diese stabile Edelgaskonfiguration zu erwerben. Sie neigen dazu, Elektronen zu gewinnen, zu verlieren oder zu teilen, um die Edelgasstruktur in ihrer letzten Schicht zu erreichen.
Metallgitter
Ein Metallgitter ist ein Netzwerk von Kationen, umgeben von delokalisierten Elektronen (Elektronenwolke). Diese Struktur ermöglicht die gute Wärme- und Stromleitung sowie die Dehnbarkeit der Metalle.
Eigenschaften der Metalle
- Sind Festkörper bei Raumtemperatur (Ausnahme: Quecksilber).
- Sind gute Wärmeleiter.
- Sind gute Leiter der Elektrizität.
- Sind dehnbar und verformbar.
- Sie sind oft weich und zäh.
Chemische Bindungen
Die Kovalente Bindung
Die kovalente Bindung entsteht zwischen Atomen, die ein oder mehrere Elektronenpaare teilen. Jedes Paar der geteilten Elektronen stellt eine Bindung dar.
Die Ionenbindung
Die Ionenbindung wird durch die elektrostatische Anziehung zwischen positiv und negativ geladenen Ionen gebildet. Dabei spenden Metallatome Elektronen an Nichtmetallatome.