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ATOMMODELLE



Atommodelle


I. Demokrit (460-370 v. Chr)


Es gibt kleine, unteilbare, unveränderliche Teilchen


II. Aristoteles und Platon


- Es gibt 4 Urelemente: Wasser - Feuer - Luft - Erde

(alchemistische Zeichen)






III. Jhon DALTON (1766 - 1844) - Englischer Physiker und Chemiker


Die Kleinsten Teilchen der Materie sind die Atome, sie sind unteilbar.

Es gibt genauso viele Atomarten wie Elemente.

Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in ihrer Masse.

Verbinden sich Elemente miteinander, so verbinden sich deren Atome in bestimmten kleinen Zahlenverhältnisse.

Chemische Reaktionen sind Teilchengruppierungen: Bei einer Reaktion gruppieren sich die Atome der Ausgangsstoffe lediglich um. Weder werden Atome vernichtet, noch entstehen neue.


DALTON wählte die Masse eines Wasserstoffatoms als

Atommasseneinheit.

=> DALTON setzte die Masse eines H -Atoms

willkürlich auf 1.


Die derzeit gültige Festlegung der Atommasseneinheit (1u) bezieht sich auf 1/12 der Masse m des Kohlenstoffisotops 12C.


Für das H2-Atom gilt daher: m(H) = 1.0079 u.




Hinweis: 1 u = 0,000.000.000.000.000.000.000.001.660.565.5 g

= 1,6606 * 10-27 kg



Was kann man damit anfangen?


Element

Verbindungsbegriff

chem. Reaktion

Aggregatzustände

Lösungen


Anwendbarkeitsgrenze:


Ionengitter

Elektrolyse

Molekühlstruktur/Bindungswinkel

IV. THOMSON-Modell (1856-1940)


Faradeys Elektrolyseversuche (1833) und die Entdeckung des Elektrons 188 konnte man mit dem einfachen DALTON-Modell nicht mehr erklären:


=> Ein Neues Modell muss(te) her:


THOMSON erweiterte (um 1900) das Atommodell von DALTON in dem er die Ladung mit einbezog:


Das Atom besteht aus einer elektrisch positiv geladenen Kugel, in die elektrisch negativ geladene Elektronen eingelagert sind.

Die Atome sind nach außen elektrisch neutral.

Die Atome können Elektronen auf- und abgeben, wodurch positiv, bzw. negativ geladene Ionen entstehen.












V. Ernst RUTHERFORD (1871-1937)


V: Rutherford beschoss eine extrem dünne Goldfolie (etwa 100 Atomschichten stark!) mit -Teilchen und stellte fest, dass einige Teilchen abgelenkt werden und einige gerade hindurch "flogen". Jedes 100.000. Teilchen etwa prallt ganz zurück.







Die Beobachtungen konnten nicht mit dem THOMSON-Modell erklärt werden. Daher geht RUTHERFORD nicht mehr vom Kugel-Modell aus:


Das Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle

Der Atomkern ist positiv geladen und befindet sich im Zentrum des Atoms.

Der Atomkern hat einen Durchmesser von 1/10.000 des gesamten Atomdurchmessers.

In der Atomhülle befinden sich negativgeladene Elektronen die den Kern umkreisen.

Durch die Kreisbewegung wird verhindert, dass die Elektronen auf den Kern stürzen.

Die Elektronen sind noch kleiner als der Kern. Die Atomhülle ist praktisch ein leerer Raum.

"Kern-Hülle-Modell" (1911)
















Widerspruch zur herkömmlichen Physik:


Bewegte Elektronen erzeugen ein magnetisches Feld, des nach außen abgestrahlt wird. Diese Feldenergie kann nur aus dem Energievorrat des Elektrons entnommen werden.


Bewegungsenergie de Elektrons müsste sich verringern

Zentrifugalkraft würde sich verkleinern

Elektron müsste spiralförmig in den Kernstürzen.



Anwendbarkeitsgrenze: - Molekühlstruktur/Bindungswinkel


VI. BOHRsches Atommodell (1913)


Anlass: Man entdeckte dass Licht unterschiedlich hohe Energie hat.


Lichtentstehung durch "Bahnechsel" des Elektrons.


Die Elektronen kreisen in sieben Bahnen (Schalen (K-Q)) um den Kern.

Elektronen haben ein unterschiedliches Energieniveau.

Elektronen werden durch Kernanziehung und Fliehkraft auf bestimmten bahnen gehalten.

Maximalbesetzung: 2n²







Was kann man damit anfangen?


Lichtentstehung

Größenverhältnisse der Atome können abgeschätzt werden

Unterschiedliche Ionisierungsenergie

Reaktionsfähigkeit

Bindungsbestreben der Elementatome (Ionen-/Elektronenpaarbindung)





VII. Orbitalmodell:



Ort und Geschwindigkeit eines Elektrons kann nicht exakt bestimmt werden (HEISENBERGschen Unschärferelation)

Elektronen können daher keiner bestimmten Bahn zugeordnet werden.

Elektronen bekommen einen Raum zugeordnet indem sie wahrscheinlich zu finden sind: das Orbital

Orbitale sind dreidimensionale Aufenthaltsräume von Elektronen, die sich durch die SCHRÖDINGER-Gleichung darstellen lassen.



 






Kennzeichen eines Orbitals:


Hauptquantenzahl n s Energieniveau s "Schale"

Nebenquanten Zahl l s Energieunterschiede innerhalb eines Energieniveaus s Orbitaltyp

Spinquantenzahl s s Eigenrotation von Elektronen ()




Orbitaltypen:







Jedes Orbital kann maximal zwei Elektronen mit unterschiedlichem Spin besetzt werden

Energiegleiche Orbitale mit gleicher Nebenquantenzahl werden zuerst einfach besetzt!










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