Atommodell und Bindungsarten

Art der Arbeit: unbekannt

Atommodell und Bindungsarten

Abendgymnasium Bonn

Referat

Fach: Chemie

Semester: 1.2

Name: Markus Tullius

Datum: 20/01/1998

Thema: Das Atom - Aufbau und Bindungsmöglichkeiten

Gliederung:

1. Definition

2. Geschichtliches

3. Atomaufbau

3.1 Bestandteile

3.2 Ladung

3.3 Maße und Gewichte

4. Atommodelle

4.1 Modellvorstellungen

4.2 Das Kern-Hülle-Model

5. Bindungsarten

5.1 Ionenbindung

5.2 Elektronenpaarbindung

1. Definition

Das Atom (grch. atomos Øunteilbar×) ist der kleinste Teil eines chemischen Grundstoffs oder Elements.

2. Geschichtliches

Im Altertum vertraten als erste die grch. Philosophen Leukipp und Demokrit

(um 500 v. Chr.) die Auffassung, dass die Materie nicht unbeschränkt teilbar sei.

Erst im 19. Jh. sollten Entdeckungen folgen, die diesen Gedanken wieder aufgriffen und wissenschaftlich bestätigten.

Die Untersuchungen des Atombaus begannen mit dem Versuch von E. Rutherford (1911), bei dem er eine Goldfolie mit a- Teilchen beschoss, deren Bahn er mit einem Leuchtschirm nachwies.

Seine Erkenntnisse führten zum Kern-Hülle-Model, das N. Bohr zwei Jahre später weiterentwickelte und den Aufbau des Atoms mit drei Elementarteilchen bezeichnete:

PROTON, NEUTRON, ELEKTRON

3. Atombau

3.1 Bestandteile

Das Atom besteht aus:

- Protonen

- Neutronen

- Elektronen

3.2 Ladungen

Die Protonen sind positiv (+) elektrisch geladen Teilchen.

Die Neutronen sind elektrisch neutrale (n) Teilchen.

Die Elektronen sind elektrisch negativ (-) geladene Teilchen.

Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab (++; --), ungleichnamige ziehen sich an (-+).

In der Regel ist die Anzahl der positiv geladenen Protonen und der negativ geladenen Elektronen gleich, so dass das Atom elektrisch neutral ist (unterschiedliche, gleichstarke Ladungen heben sich gegenseitig auf!).

3.3 Maße und Gewichte

Die Größe eines Atoms beträgt im Durchmesser der Hülle nur 1 Zehnmillionstel mm, dem des Kerns nur 1 Billionstel mm. Im Vergleich: Wäre der Durchmesser des Atomkerns nur ca. 1mm, so müsste der Durchmesser der Hülle etwa 100m betragen.

Das Atom besteht aus einem Kern, dessen Radius etwa 10-12 cm beträgt und der fast die gesamte Masse des Atoms (99,9 %) enthält, und einer etwa 10-8 cm großen Elektronenhülle.

Die Maße eines Elektrons beträgt etwa 1/2000 der Masse eines Protons.

Elementarteilchen Masse in u

Kern N

P+ 1,00867

1,00728

Hülle e- 0,00055

Atome in Reinform haben verschieden Atomgewichte, die sich noch einmal durch die Erscheinungsform des Atoms unterscheiden (Isotope, Isotone).

4. Atommodelle

4.1 Modellvorstellungen

Die Modellvorstellungen über den Aufbau der Atome spiegeln die rasche Entwicklung der Atomforschung des 20. Jh. wider. Es existieren die unterschiedlichsten Modelle, um verschiedene Eigenschaften besser darstellen zu können:

- Kugelmodell (z. B. um den Molekülaufbau zu erklären)

- Rutherford-Bohr-Modell

- Bohr-Sommerfeld-Atommodell (z.B. zur Erläuterung des PSE)

- De Broglie-Schrödinger-Modell

- Orbitalmodell Vorteil der mathematischen Darstellbarkeit

4.2 Das Kern-Hülle-Model

Bei diesem Modell besteht das Atom aus einem Kern, der Protonen und Neutronen einschließt sowie einer Hülle, die Elektronen enthält. Diese Hülle teilt sich je nach Element in bis zu 7 Schalen auf, auf denen die Elektronen kreisen.

Die einzelnen Schalen werden von K (innerste) - Q (äußerste) durchbuchstabiert, wobei jede einzelne 8 Elektronen aufnehmen kann (Ausnahme K; sie kann nur 2 Elektronen aufnehmen).

Schematische Darstellung eines Wasserstoff- (H) und eines Lithiumatoms (Li):

Elektron e-

Elektron e-

1 P + 3 N n

3 P +

Atome desselben Elements, aber unterschiedlicher Neutronenzahl nennt man Isotope.

Isotope des Wasserstoffatoms (H):

e- e- e-

Wasserstoff Deuterium Tritium

Während die Kernladungszahl gleich bleibt, ändert sich durch die zusätzlichen Neutronen die Massezahl. Diese Isotope des Wasserstoffs werden auch schweres Wasser genannt, welches z.B. in Atomkraftwerken benötigt wird.

5. Bindungsarten

5.1 Ionenbindung

Bei Ionen (grch. Øwandernd×) handelt es sich um elektrisch positiv (Kationen) oder negativ (Anionen) geladene Atome.

Atome haben das Bestreben einen Edelgaszustand (auch Oktettzustand genannt) zu erreichen, d.h. ihre äußerste Schale soll acht Elektronen umfassen.

Dies wird am Beispiel des Kochsalzes (NaCl) näher erläutert:

Das Natriumatom besitzt 11 Protonen und 11 Elektronen, das Chloratom besitzt 17 Protonen und 17 Elektronen.

11 P + 17 P +

Natrium Chlor

Um den Oktettzustand zu erreichen, gibt das Natriumatom das einzelne Elektron von seiner Außenhülle an die Außenhülle des Chloratoms ab. Dadurch wird die mit acht Elektronen besetzte L-Schale zur Außenschale. Das Chloratom nimmt dieses einzelne Elektron in seine M-Schale auf und erreicht ebenfalls den Edelgaszustand.

Da Natrium jetzt mehr Protonen als Elektronen besitzt, ist das Natriumion einfach positiv geladen und das Chlorion, welches jetzt ein Elektron mehr besitzt, einfach negativ geladen. Diese unterschiedlich geladenen Ionen ziehen sich gegenseitig an und bilden ein Ionengitter.

Im PSE gehen Metalle der I.,II. und III. Gruppe (neigen zur Elektronenabgabe) bevorzugt Ionenbindungen mit den Elementen der IV. und VII. Gruppe (Nichtmetalle; neigen zur Elektronenaufnahme) ein.

Zur Ergänzung: Ist die Elektronennegativität (hier nicht behandeltes Thema)>1,7, dann liegt überwiegend eine Ionenbindung vor.

5.2 Elektronenpaarbindung

Moleküle werden durch die Elektronenpaarbindung gebildet.

Alle gasförmigen Elemente (wieder ausgenommen die Edelgase) liegen in der Natur als Moleküle vor. Auch hier besteht wieder das Bestreben den Oktettzustand zu erreichen. Durch die Bildung eines Elektronenpaares, z.B. beim Chloratom, erreicht Chlor diesen Edelgaszustand.

Cl + Cl Cl Cl

je zwei Elektronen

Dies stellt eine Einfachbindung des Chloratoms dar.

Sauerstoff bildet eine Zweifach- und Stickstoff eine Dreifachbindung.

Wasserstoff wiederum erreicht seinen Edelgaszustand durch die Bildung eines Elektronenpaares mit einem anderen Wasserstoffatom (K-Schale nimmt nur zwei Elektronen auf; Edelgaszustand von Helium).

Anmerkung: Ist die Elektronennegativität

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