Arbeitsblatt: Zusammenfassung Atombau und PS

Atombau und Periodensystem 2012 Reto Bürgenmeier Was erhält man, wenn man einen Apfel in 2 Stücke schneidet? Wenn man diese Hälfte wieder teilt, dann wieder u.s.w ??? Weshalb ist es von Vorteil etwas über den Atomaufbau zu wissen? • Alles ist aus Atomen aufgebaut! • Leben allgemein • Ausbildung und Beruf Inhalt Modelle: Demokrit Dalton Rutherford Bohr Atombau Elementarteilchen Element Chemische Symbole Das Periodensystem Radioaktivität Welche Begriffe habt ihr schon einmal gehört? Entwicklung vom Atombegriff Altertum: 6.-3. Jahrhundert vor Chr. Zwei unterschiedliche Ansichten: • Die Vierelementenlehre • Die Atomistische Lehre Vierelementlehre Materie besteht aus vier Elementen Die Vierelementlehre setzte sich für die nächsten 2 Jahrtausende durch. Atomistische Lehre Demokrit • Einführung des Atombegriffes • Atomos unteilbar • Materie besteht aus kleinsten, nicht weiter teilbaren Einheiten, den Atomen. Modelle • • • • Nachbildung einer Gegebenheit. Sind unvollständig. Zeigen nur Teilaspekte. Haben Gültigkeitsbereiche. • Atommodelle helfen uns, z.B. Reaktionen zwischen Stoffen und deren Bindungen zu verstehen. Wie sehen Atome aus? • Die Atome sind nicht nur sehr klein, so dass man sie auch mit Elektronenmikroskopen nur schemenhaft erahnen kann, sondern sie haben auch einen komplizierten Aufbau. • Zur Verdeutlichung von Atomen werden Modellvorstellungen eingesetzt. Elektronenmikroskopaufnahme Wie gross sind Atome? • Die Atome haben einen Durchmesser von einigen hundertmillionstel Zentimetern oder in einer kleineren Einheit angegeben: einigen Angstroem [Ă] John Dalton • Atome sind die kleinsten Teilchen chemischer Elemente. • Atome unterschiedlicher Elemente besitzen unterschiedliche Massen. • Alle Atome eines Elements sind untereinander gleich. • Atome sind kugelförmig. • Nach über 2000 Jahren knüpft damit wieder eine Theorie an die Vorstellungen Demokrits an. Daltonsche Atomhypothese Ernest Rutherford Ernest Rutherford schuf die Grundlage der heutigen Atomphysik. Rutherfordscher Streuversuch Rutherfordscher Streuversuch lpha-Teilchen positiv geladene Helium-Kerne Rutherfordscher Streuversuch Überraschende Ergebnisse: • Die meisten Teilchen können die Goldfolie durchdringen. • Atome sind fast leer. • Nur wenige Teilchen werden abgelenkt bzw. zurückgeworfen. Schlussfolgerung: • Kleiner positiv geladener Kern • Der Kern enthält fast die gesamte Masse des Atoms. (99.9%) • Grosse Hülle Wie gross ist die Hülle in Bezug zum Kern? Wie gross ist die Hülle in Bezug zum Kern? Atombau Atombau • Protonen im Kern. Diese sind positiv geladen und stossen sich gegenseitig ab. • Neben den Protonen gibt es auch noch ungeladene Neutronen im Kern. • Die Hülle besteht aus negativ geladenen Elektronen. Neutronen • Ein Kern aus lauter Protonen würde auseinander brechen, da sich die gleichgeladenen Protonen sich gegenseitig abstossen. • Zwischen den Protonen und den Neutronen sind Anziehungskräfte wirksam und der Abstand zwischen den positiven Ladungen wird dank der Anwesenheit der Neutronen grösser, die gegenseitige Abstossung somit geringer. (Neutronen Abstandshalter) • Neutronen wirken als Kitt Nukleonen • Protonen und Neutronen werden auch als Nukleonen bezeichnet. • Nukleus Kern Elektrisch neutrales Atom Anzahl Protonen Anzahl Elektronen Elementarteilchen Teilchen Symbol Ladung Masse Proton 1 1u Neutron 0 1u Elektron e- -1 0.0005u p Elementarteilchen Teilchen Symbol Ladung Masse Proton 1 1u Neutron 0 1u Elektron e- -1 0.0005u p Was heisst ? Die atomare Masseneinheit ist eine Masseinheit der Masse. (u steht für unified atomic mass unit) Wie ist sie definiert? 1 entspricht 1/12 der Masse eines isolierten Atoms des Kohlenstoff-Isotops 12C 1u 0,000 000 000 000 000 000 000 001 660 565 5g 1u 1,660565 10-24g Darstellung eines Elements Massenzahl (Protonenzahl Neutronenzahl) XX Al XX Ordnungszahl (Protonenzahl) Darstellung eines Elements Massenzahl (Protonenzahl Neutronenzahl) 27 Al 13 Ordnungszahl (Protonenzahl) (Aluminium) Was ist ein Element? • Elemente sind chemische Grundbaustoffe. Sie lassen sich weder durch Fraktionieren noch durch Analyse aufspalten. • Jedes Element besteht aus einer riesigen Zahl von gleichen Atomen, welche in der Anzahl ihrer Protonen im Kern übereinstimmen. Was bedeuten die chemischen Symbole? • Chemiker versuchten schon seit früher Zeit, die Elemente mit Symbolen zu versehen: • • • • • • Blei Plumbum Eisen Ferrum Gold Aurum Kupfer Cuprum Schwefel Sulfur Silber Argentum Pb Fe Au Cu Ag Das Periodensystem Dimitrij Mendelejew und Lothar Meyer Das Periodensystem Dimitrij Mendelejew und Lothar Meyer • Sie ordneten die Elemente mit steigender Protonenzahl (Ordnungszahl) zu einer Reihe. • Grundlegende Eigenschaften der Elemente wiederholen sich periodisch. Periode • Elemente mit ähnlichem Verhalten werden zu Gruppen zusammengefasst. Perioden • Die Eigenschaften der Elemente verändern sich von links nach rechts in periodischer Weise. • Periodennummer Anzahl besetzter Schalen Gruppen • Die Elemente die untereinander stehen besitzen ähnliche Eigenschaften. (z.B. Reaktivität mit Wasser) • Hauptgruppennummer Anzahl der Aussenelektronen (Valenzelektronen) Alle Elemente der selben Gruppe haben die gleiche Anzahl Elektronen in der äussersten Schale. Gliederung des Periodensystems • Metalle • Halbmetalle • Nichtmetalle Gliederung des Periodensystems Gruppenbezeichnungen: • • • • • • • • • Alkalimetalle Erdalkalimetalle Übergangsmetalle Nebengruppen-Elemente Erdmetalle Kohlenstoff-Gruppe Stickstoff-Gruppe Chalkogene Halogene Edelgase Repetition: Beschreibe das untenstehende Bild Isotope • Atome eines Elements können bei gleicher Protonenzahl unterschiedlich viele Neutronen und damit auch verschiedene Massenzahlen besitzen. Sie werden Isotope genannt. Iso gleich Top (os) Ort Zinn Zinn (Sn) hat 10 stabile Isotope und damit die höchste Anzahl natürlich vorkommender Isotope. Die Kerne der Wasserstoffisotope Element Beryllium Stickstoff Fluor Magnesium Iod Kupfer Symbol Be F Mg Cu Ordnungszahl 4 7 9 12 53 29 Zahl der Protonen 4 7 9 12 53 29 Zahl der Neutronen 5 7 10 12 74 35 Zahl der Elektronen 4 7 9 12 53 29 Atommasse in 9 14 19 24 127 64 Lösung Element Beryllium Stickstoff Fluor Magnesium Iod Kupfer Symbol Ordnungszahl Zahl der Protonen Zahl der Neutronen Zahl der Elektronen Atommasse in Be 4 4 5 4 9 7 7 7 7 14 9 9 10 9 19 Mg 12 12 12 12 24 53 53 74 53 127 Cu 29 29 35 29 64 Lösung 1. Manche Elemente bestehen nur aus einer einzigen Atomart. Es sind „Reinelemente. Ein Beispiel ist das Aluminium. Was bedeuten die Zahlen am Elementsymbol? 27 AI 13 Massenzahl (Protonenzahl Neutronenzahl) Ordnungszahl Protonenzahl Reinelemente Es existieren 22 Reinelemente: Beryllium, Fluor, Natrium, Aluminium, Phosphor, Scandium, Mangan, Cobalt, Arsen, Yttrium, Niob, Rhodium, Iod, Caesium, Praseodym, Terbium, Holmium, Thulium, Gold, Bismut, Thorium und Plutonium. Aufgabe Ergänze mit Hilfe vom PS: Elementsymbol Beryllium Fluor Natrium Gold Protonen Neutronen Elektronen Massenzahl Elementsymbol Protonen Neutronen Elektronen Massenzahl Be 4 5 4 9 9 10 9 19 Na 11 12 11 23 Au 79 118 79 197 Isotopengemisch aus: Protonen Neutronen Massenzahl des Isotops Lithium 6 Lithium 7 Chlor 35 Chlor 37 Fülle die Lücken! Lösung • Vergleiche die berechneten Werte mit den Tabellenwerten. Isotopengemisch Protonen aus: Neutronen Massenzahl des Isotops Lithium 6 3 3 6u Lithium 7 3 4 7u Chlor 35 17 18 35 Chlor 37 17 20 37 1. Gruppe: Die Alkalimetalle • • • • • • Lithium Natrium Kalium Rubidium Cäsium Francium Trends im Periodensystem • Härte • Schmelztemperatur • Siedetemperatur • Dichte • Reaktivität Trends im Periodensystem Element: Lithium Natrium Kalium Rubidium Cäsium HÄRTE Was heisst Schmelzen? • Bezeichnet die Änderung des Aggregatszustandes von • FEST zu FLÜSSIG Wie sieht der Trend aus? Trends im Periodensystem Element: SCHMELZTEMPERATUR Lithium 180.5 C Natrium 97.8 C Kalium 63.7 C Rubidium 38.9 C Cäsium 28.7 C Was heisst Sieden? • Bezeichnet die Änderung des Aggregatszustandes von • FLÜSSIG zu GASFÖRMIG Wie sieht der Trend aus? Trends im Periodensystem Element: SIEDETEMPERATUR Lithium 1330 C Natrium 892 C Kalium 760 C Rubidium 688 C Cäsium 690 C Was ist die Dichte eines Materials? • Dichte Masse Volumen • Die Einheit der Dichte ist: • Kg pro Kubikmeter oder Gramm cm Wie sieht der Trend aus? Trends im Periodensystem DICHTE Element: Lithium 0.53 Natrium 0.97 Kalium 0.86 Rubidium 1.53 Cäsium 1.90 Beobachtungsauftrag: Wie sieht die Reaktivität der einzelnen Alkalimetalle beim Kontakt mit Wasser aus? Reaktivität von Lithium Reaktivität von Natrium Reaktivität von Kalium Reaktivität von Rubidium und Cäsium Was hast du beobachtet bezüglich der Reaktivität? Trends im Periodensystem REAKTIVITÄT Element: Lithium mässig Natrium stark Kalium sehr stark Rubidium extrem stark Cäsium explosiv Lösung • 1. Alkalimetalle. Ergänze die folgende Tabelle. Element Lithium Natrium Kalium Rubidium Caesium Schmelztemperatur in C Dichte in g/cm3 Härte Reaktivität Lösung • 1. Alkalimetalle. Ergänze die folgende Tabelle. Element Lithium Natrium Kalium Rubidium Caesium Schmelztemperatur in C Dichte in g/cm3 Härte Reaktivität Lösung • 1. Alkalimetalle. Ergänze die folgende Tabelle. Element Lithium Natrium Kalium Rubidium Caesium Schmelztemperatur in C Dichte in g/cm3 Härte Reaktivität Lösung • 1. Alkalimetalle. Ergänze die folgende Tabelle. Element Lithium Natrium Kalium Rubidium Caesium Schmelztemperatur in C Dichte in g/cm3 Härte Reaktivität Lösung • 1. Alkalimetalle. Ergänze die folgende Tabelle. Element Lithium Natrium Kalium Rubidium Caesium Schmelztemperatur in C Dichte in g/cm3 Härte Reaktivität Aufgabe: • b) Nenne möglichst vier gemeinsame Eigenschaften der Alkalimetalle. Lösung • b) Nenne möglichst viele gemeinsame Eigenschaften der Alkalimetalle. • Chemisch sehr reaktionsfähig. • Reagieren mit Wasser. • Flammenfärbung. • Gute elektrische Leiter, da alles Metalle sind. Niels Bohr Die Elektronen befinden sich in verschiedenen Schalen. Bohrsches Atommodell • Die Elektronen befinden sich in verschiedenen Schalen. • Bezeichnung der einzelnen Bahn mit Buchstaben. (K,L,M,N,O,P) Elektronenschalen Berechnung der maximalen Elektronenanzahl pro Schale Jede Schale kann nur eine bestimmte Zahl von Elektronen aufnehmen. Formel: Schalennummer 2n 2 Formel: 2n2 Auftrag: Berechne die maximale Elektronenbesetzung der Schalen 1 7 Formel: 2n2 • • • • • • • 1 Schale 2 Schale 3 Schale 4 Schale 5 Schale 6 Schale 7 Schale K-Schale L-Schale M-Schale N-Schale O-Schale P-Schale Q-Schale max. 2 Elektronen max. 8 Elektronen max. 18 Elektronen max. 32 Elektronen max. 50 Elektronen max. 72 Elektronen max. 98 Elektronen Wir zeichnen zusammen das Bohrmodell von einem Kohlenstoff-Atom Ordnungszahl: 6 6 Elektronen Wir zeichnen zusammen das Bohrmodell von einem Natrium-Atom Ordnungszahl: 11 11 Elektronen Auftrag: Zeichne ein Magnesium-Atom. Ordnungszahl: 12 12 Elektronen Magnesium-Atom 12 p 12 K-Schale: 2 eL-Schale: 8 eM-Schale: 2 e- Arbeitsblatt: Atome im Schalenmodell • Chemiker befassen sich in erster Linie mit den Valenzelektronen. • Die Valenzelektronen sind verantwortlich für das chemische Verhalten eines Elements. Arbeitsblatt: Das Schalenmodell der Elektronenhülle Radioaktivität • Sehr schwere Kerne enthalten zu viele Protonen. • Die Abstossung kann von den Neutronen nicht mehr kompensiert werden. • Die Kerne werden instabil und zerfallen. • Diesen Zustand nennt man Radioaktivität. Symbol für Radioaktivität Radioaktive Strahlung • Es gibt 3 verschiedene Strahlentypen: • Alpha-Strahlung • Beta-Strahlung • Gamma-Strahlung Strahlentypen: Strahlentypen • Alpha-Strahlung Heliumkerne • Beta-Strahlung Elektronen • Gamma-Strahlung elektromagnetische Wellen Gefahrensymbol direkt an Strahlungsquellen: Danke für Eure Aufmerksamkeit! Der Helixnebel (NGC 7293) ist ein Planetarischer Nebel im