Protonen

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). 

{slider title="Link zur Übungsseite" open="false" class="icon"}

⇒ Interaktive Übungsseiten zu Elementarteilchen und deren Anziehung oder Abstoßung. 

{/sliders}

2.3.1 Der Atomkern

{slider title="Link zur Übungsseite" open="false" class="icon"}

⇒ Interaktive Übungsseiten zum Atomkern und Atomhülle

{/sliders}

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

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

{slider title="Lösung" open="false" class="icon"}

{/sliders}

2.4 Bohr – Schalenmodell der Elektronenhülle

{slider title="Link zur Übungsseite" open="false" class="icon"}

Link zur Übungsseiten zum Bohrsschen Schalenmodell (mit vielen Abbildung)

{/sliders}

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. 

{slider title="Experiment mit Ergebnissen zur Ionisierung eines Neon-Atoms" open="false" class="icon"}

Ionisierungsenergien eines Neon-Atoms [MJ/mol], also die Energie, die man benötigt um das Elektron zu entfernen. Durchnummeriert vom 1. Elektron bis zum 10. Elektron: 

1. e⁻ = 2,1 MJ/mol
2. e⁻ = 3,9 MJ/mol
3. e⁻ = 6,2 MJ/mol
4. e⁻ = 9,4 MJ/mol
5. e⁻ = 12,2 MJ/mol
6. e⁻ = 15,2 MJ/mol
7. e⁻ = 20,0MJ/mol
8. e⁻ = 23,0 MJ/mol
9. e⁻ = 115,0 MJ/mol
10. e⁻ = 130,0 MJ/mol

Beobachtung: Man benötigt immer mehr Energie, um das erste, zweite, dritte und die folgenden Elektronen vollständig abzutrennen.

Folgerung: Der verbleibende „Rumpf“ wird immer positiver und damit erfordert die Abrennung der folgenden Elektronen immer größere Energie.

Beobachtung: Man benötigt zur Abspaltung der beiden letzten Elektronen (z.B. im Vergleich zum drittletzten Elektron) besonders viel Energie.

Folgerung: Die Elektronen des Neons lassen sich in zwei Gruppen einteilen.

• Die zwei Elektronen mit großer Ionisierungsenergie sind im zeitlichen Mittel näher am Kern.
• Die acht Elektronen mit relativ kleinen Ionisierungsenergien sind im zeitlichen Mittel weiter vom Kern entfernt.

 {/sliders}

b. Energiestufenschema (Neon-Atom)

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

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. 

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

Schalenmodell eines Aluminium-Atoms

Vergleich - Energiestufen vers. Schalenmodell eines Argon-Atoms

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. 

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.

2.6 Das Periodensystem der Elemente (PSE) und die Atommodelle

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

{slider title="Link zur interaktiven Übungsseite mit Bildern" open="false" class="icon"}

Hier geht es zu einer interaktiven Übungsseite mit Bildern und weiteren Erklärungen

{/sliders}

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.

4.2 Atomradien

{slider title="Link zur interaktiven Übungsseite mit Bildern" open="false" class="icon"}

Atomradien - Atomgröße

{/sliders}

Folgende Abbildung zeigt, wie der Zusammenhang der Atomradien und das PSE ist. 

Überlegt Euch die Erklärungen dafür, dass die Atomradien von oben nach unten und von rechts nach links zunehmen. 

Innerhalb einer Hauptgruppe:

{slider title="Lösung" open="false" class="icon"}

Atomradien nehmen von oben nach unten zu, da die Anzahl der Schalen zunimmt.

{/sliders}

Innerhalb einer Periode:

{slider title="Lösung" open="false" class="icon"}

Atomradien nehmen von links nach rechts ab. Da die Anzahl der Protonen steigt, werden die Elektronen stärker vom Atomkern angezogen.
Diese Anziehung überwiegt die Abstoßung der Elektronen untereinander.

{/sliders}