Materie, Atome und das Periodensystem

Thema 8: Materie und Atome

Materie kann in Form von Mischungen oder reinen Substanzen vorkommen.

• Reine Stoffe: Können nicht durch physikalische Methoden in einfachere Stoffe zerlegt werden.
• Verbindungen: Können in reine Stoffe (Elemente) zerlegt werden.
• Elemente: Sind reine Stoffe und können nicht weiter zerlegt werden.

Die Grundeinheiten der Materie sind Atome. Elemente bestehen aus der gleichen Art von Atomen, Verbindungen aus der Kombination von Atomen verschiedener Elemente.

Beispiele:

• Elemente: Sauerstoff, Calcium, Wasserstoff
• Verbindungen: Wasser, Salzsäure, Natriumchlorid
• Mischungen: Luft, Gas, Meerwasser

Die Struktur des Atoms

Ein Atom ist die kleinste Einheit eines chemischen Elements, die dessen Eigenschaften beibehält und nicht durch chemische Prozesse geteilt werden kann. Ein Atom besteht aus zwei Teilen:

• Kern: Das Zentrum des Atoms, bestehend aus:
  • Protonen (p+): Positiv geladen.
  • Neutronen (n): Keine Ladung (neutral).
• Elektronenhülle: Umgibt den Kern und besteht aus:
  • Elektronen (e-): Negativ geladen.

Die Ladung von Elektronen und Protonen ist elementar.

• Ordnungszahl (Z): Anzahl der Protonen im Atomkern.
• Massenzahl (A): Summe der Protonen und Neutronen im Atomkern (Z + n).
• Isotope: Atome mit gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahl (unterschiedliche Neutronenzahl).

Elektronenkonfiguration und Spektren

Die Elektronen in einem Atom sind in Energieniveaus (Schalen) und Unterniveaus angeordnet. Die äußerste Schale wird als Valenzschale bezeichnet.

Spektren liefern Beweise für die Struktur der Elektronenhülle.

• Emissionsspektrum: Entsteht, wenn Licht in Streifen verschiedener Farben auf einer Platte aufgezeichnet wird.
• Diskretes Spektrum: Besteht aus vier Linien.

Das Periodensystem

Frühe Entwicklungen:

• Johann Döbereiner (Triaden): Stellte eine Beziehung zwischen der Atommasse von Elementen und ihren Eigenschaften fest.
• John Newlands (Oktaven): Ordnete die Elemente nach aufsteigender Atommasse.

Mendelejews Tabelle: Dmitri Mendelejew veröffentlichte das Periodensystem mit 63 bekannten Elementen, geordnet nach ihrer Atommasse.

Modernes Periodensystem (Moseley): Henry Moseley bestimmte 1913 die Ordnungszahl jedes Elements und ordnete das Periodensystem nach aufsteigender Ordnungszahl (Periodengesetz von Moseley). Das heutige Periodensystem enthält 118 Elemente, die in 7 Perioden (horizontale Reihen) und 18 Gruppen (vertikale Spalten) angeordnet sind.

Atomradius: Wird zur Berechnung des Atomvolumens verwendet.

• Kation: Ein Atom, das ein Elektron verliert.
• Anion: Ein Atom, das ein Elektron gewinnt.

Elementgruppen:

• Metalle und Nichtmetalle
• Edelgase: Bestehen aus gasförmigen Elementen.
• Halogene: Bestehen aus nichtmetallischen Elementen.
• Alkalimetalle: Haben ein Elektron in ihrer äußeren Schale.
• Übergangsmetalle: Befinden sich in der Mitte des Periodensystems.

Thema 9: Die chemische Bindung

Die chemische Bindung ist die Kraft, die Atome zusammenhält. Der Bindungsabstand ist der Abstand zwischen den Atomen.

Elemente bestehen aus einzelnen Atomen, Molekülen und kristallinen Netzwerken. Verbindungen bestehen aus Molekülen und kristallinen Netzwerken.

• Ionische Bindung: Anziehungskraft zwischen metallischen und nichtmetallischen Atomen.
• Kovalente Bindung: Entsteht zwischen zwei Nichtmetallatomen.
• Polare kovalente Bindung: Atome ziehen Elektronen mit unterschiedlicher Intensität an.
• Metallische Bindung: Kraft, die Metallatome zusammenhält und eine Kristallstruktur aus Kationen und einer Elektronwolke bildet.