MENU

Elektronen

  • 2.3 Rutherford: Kern-Hülle-Modell

    2.3 Rutherford: Kern-Hülle-Modell

    Atome bestehen aus:

    • sehr kleinen, positiv geladenen Kern
    • negativekugelförmige Elektronenhülle
    • die Elektronenbewegen sich mit hoher Geschwindigkeit um den Kern.

      Ein Atommodell, das zwischen Atomkern und Elektronenhülle unterscheidet, wird als Kern-Hülle-Modell bezeichnet.

    Die Teilchen, aus denen ein Atom besteht, bezeichnet man als Elementarteilchen (Protonen, Neutronen und Elektronen). 

     

    2.3.1 Der Atomkern

     

    1. Der Atomkern ist aus Protonenund Neutronenaufgebaut.
    2. Die Protonenzahlstimmt mit der Ordnungszahleines Elements und der Kernladungszahl überein.
      Bsp.: Fluor = ₉F: 9 Protonen: Ordnungszahl und Kernladungszahl = 9, Elektronenanzahl= 9.
    3. Nukleonenzahl: Anzahl der Protonen+ Anzahl der Neutronen im Atomkern.
      Bsp: Die Nukleonenzahl von Fluor ¹⁹F ist 19 ⇒ 9 Protonenund 10 Neutronen
    4. Massenzahl
      Die Atommasse ist angenähert die Summe der Protonen- und Neutronenmasse. Die Masse der Elektronenist außerordentlich klein.
    5. Schreibweise

    Schreibweise - Atomkern - Elementarteilchen

    Na, alles verstanden? Hier gibt es einen Ausschnitt eines Übungsarbeitsblattes. Hinter dem Slider ist dann die Lösung: 

    03 02 01 ab elementarteilchen 26 27 26

     

     

  • 2.4 Bohr – Schalenmodell der Elektronenhülle

    2.4 Bohr – Schalenmodell der Elektronenhülle

    a) Ionisierungsenergien eines Neon-Atoms

    Man hat herausgefunden, dass wohl nicht alle Elektronen "gleich" in der Hülle "verteilt" sind. Mit Hilfe von einem Experiment, in dem man nach und nach alle Elektronen von einem Neon-Atom entfernt kann man es nachweisen. 

     

    b. Energiestufenschema (Neon-Atom)

    Ein Neon-Atom könnte man mit der Elektronenverteilung wie folgt aufschreiben: 

    02 04 03 ta energiestufenschema neon

    c. Schalenmodell (Neon-Atoms)

    Die Energiestufen lassen sich als konzentrischen Kugelschalen um den Kern veranschaulichen. Man erhält damit ein „Schalenmodell“ des Neonatoms (mit Lewis-Formel). Hinweis: Der Kern ist zusammengefasst. Eigentlich müsste man dort 10 Protonen und 10 Neutronen zeichnen, aber das macht die Sache nicht anschaulicher. Deshalb nur ein "Kern" mit der Ladung.

    Die Elektronen sind verteilt "auf" den Schalen dargestellt, die kugelförmig den Bereich der Elektronenangeben. In der inneren Schale sind es zwei Elektronen in der äußeren Schale acht

     02 04 03 ta schalenmodell neon

    Weitere Beispiele (Abbildungen aus der interaktiven Seite; ausführlichere Erklärungen siehe dort). 

    Schalenmodell eines Aluminium-Atoms

     

    Vergleich - Energiestufen vers. Schalenmodell eines Argon-Atoms

    Energiestufen

    Atomschalen

    Vergleich Energiestufen vers Atomschalen

    d) Postulate (= Grundannahmen) von Niels Bohr: 

    1. Die Elektronen bewegen sich nur auf ganz bestimmten, genau definierten Bahnen (= Energiestufen, Energieschalen, Schalen) um den Atomkern. Die Elektronen bewegen sich nicht zwischen dieser Energiestufen. 

    02 04 00 bohrsches schalenmodell - Siliciumatom

    2. Jede Schale kann maximal 2 n² Elektronen aufnehmen

    n = Schalennummer
    n = 1, 2, 3, 4,...
    K, L, M, N,... Schale

    3. Für jede Bahn, auf der das Elektron den Atomkern umkreist, hat das Elektron eine bestimmte Energie. Auf der K-Schale (n = 1), die dem Atomkern am nächsten ist, kommt dem Elektron die geringste Energie zu.

  • 2.5 Das Kugelwolkenmodell, KWM

    2.5 Das Kugelwolkenmodell, KWM

    Das Bohrsche Atommodell kann schon viel erklären; allerdings gibt es ein weiteres Atommodell, in dem die Elektronen nochmals in bestimmte gedachten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsräumen. Das sind keine echten Räume sondern Bereiche in denen mit hoher Wahrscheinlichkeit sich gerade ein Elektron bis maximal zwei Elektronen aufhält (es könnte aber gerade, wenn auch mit geringerer Wahrscheinlichkeit, außerhalb dieses Bereichs sich bewegen). 

    • Das Kugelwolkenmodell ist ein vereinfachtes Orbitalmodell.
    • Das Kugelwolkenmodell ist nur für Hauptgruppenelemente geeignet.
    • Im Kugelwolkenmodell gelten die Heisenbergsche Unschärferelation, das Pauli-Prinzip und die Hundsche-Regel.

     Die Atome sehen nun etwas anders aus: 

     02 05 01 kugelwolkenmodell

     

    2.5.1 Feinstruktur der Elektronenhülle

    1. Heisenbergsche Unschärfebeziehung (1927)
    Es ist nicht möglich, gleichzeitig den Ort, die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung eines Elektrons anzugeben.

    2. Elektronenwolke („Kugelwolke“, Orbital)
    Für die Elektronen der Atomhülle lassen sich somit keine Bahnen, sondern nur Aufenthaltsbereiche angeben. Im Kugelwolkenmodell betracht man diese Aufenthaltsräume für Elektronen als kugelförmig.

    3. Pauli-Prinzip
    In einer „Kugelwolke“ (Orbital) können sich maximal 2 Elektronen aufhalten, die sich in einer bestimmten Eigenschaft (Spin) unterscheiden.

    4. Regel von Hund
    Energiegleiche „Kugelwolken“ (Orbitale) werden zunächst einzeln mit Elektronen besetzt.

    Am Beispiel von Sauerstoff: 

     Kugelwolkenmodell von Sauerstoff

  • 2.6 Das Periodensystem der Elemente (PSE) und die Atommodelle

    2.6 Das Periodensystem der Elemente (PSE) und die Atommodelle

    Wer ein PSE benötigt, kann es z.B. hier downloaden. 

    1. Ordnungsprinzipien

    1. Reihenfolge der Elemente beruht auf die Ordnungszahl (Kernladungszahl, Anzahl der Protonen, Anzahl der Elektronen) [früher: Atommasse]
    2. Periode: (= Reihen) Anzahl der Schalen (Energieniveaus) eines Atoms. Bsp.:
      H, He ⇨ 1 Schale
      Li...Ne ⇨ 2 Schalen
    3. Gruppen: (= Spalten): Elemente mit derselben Anzahl an Außenelektronen (Valenzelektronen) zusammengefasst.