Der Grundgedanke, dass Materie aus nicht weiter teilbaren Teilchen aufgebaut ist…ist schon sehr alt
Demokrit (ca. 400 v.Chr.) feste, unteilbare Teilchen bilden die Materie
John Dalton (1803 n. Chr.) gleicher Grundgedanke + Alle Atome eines Elements sind einander gleich (Masse, Gestalt), Atome verschiedener Elemente besitzen verschiedene Eigenschaften, chemische Verbindungen entstehen durch chemische Reaktionen von Atomen verschiedener Elemente
Atommodell nach Rutherford
Das Experiment
Streuversuch von Rutherford. Durchstrahlung einer dünnen Goldfolie mit \(\alpha\)-Strahlen
Die Person
Ernest Rutherford, 1871-1937
Was brauchen wir, um die neuen Atommodelle zu verstehen?
Grundlagen zur elektromagnetischen Strahlung und Quantenchemie
Grundlagen zur elektromagnetischen Strahlung und Quantenchemie
Elektromagnetisches Spektrum, Horst Frank, Jailbird and Phrood @ CC BY-SA 3.0 DE
Beschreibung von elektromagnetischer (EM) Strahlung
Als Welle:
EM - Charakteristika
Beschreibung von EM Strahlung
Tafel
die Intensität einer Strahlung ist proportional zu A2.
die Ausbreitungsgeschwindigkeit für EM Wellen ist von der Wellenlänge unabhängig. Diese wird als Lichtgeschwindigkeit bezeichnet; \(c=2,9979 \cdot 10^{8} m \cdot s^{-1}\).
die Frequenz \(\nu\) ist gleich der Zahl der Wellen, die an einem gegebenen Ort in jeder Sekunde vorbeikommen.
die SI-Einheit für die Frequenz ist das Hertz (1Hz = 1 s-1).
zwischen der Wellenlänge, der Lichtgeschwindigkeit und der Frequenz besteht folgender Zusammenhang: \(c=\lambda \cdot \nu\).
Photoelektrischer Effekt
Der Photoelektrische Effekt
EM-Strahlung kann auch als Teilchenstrom verstanden werden
Auftreten von Energieportionen Quanten (für Licht: Photonen)
\(E=h \cdot \nu\) wobei \(h=6,62608 \cdot 10^{-34} J \cdot s\) das Plancksche Wirkungsquantum ist.
Die Energie \(E_n\) setzt sich aus \(E_{pot} + E_{kin}\) zusammen
\(E_{pot}=2E_{kin}\)
Herleitung c und Energieausdruck
\[
E_{n}=-\frac{1}{2} \cdot (\frac{e^2}{4\pi\epsilon_{0}} \cdot \frac{1}{r})
\] - jetzt noch r einsetzen, mit \(r_n=\frac{4\pi\epsilon_{0}n^2\bar{h}^2}{me^2}\)\[
E_{n}= -\left(\frac{e^2}{4\pi\epsilon_{0}} \right)^2 \frac{m}{2\bar{h}^2}\frac{1}{n^2}=-\frac{1}{n^2}E_{R}
\] - mit \(E_R=-\left(\frac{e^2}{4\pi\epsilon_{0}} \right)^2 \frac{m}{2\bar{h}^2}\)
Wasserstoffspektrum
Zusammenhang zwischen den Elektronenübergängen im Wasserstoff-Atom und den Linien im Spektrum, Mortimer, 2014, S. 77Spektrum des Wasserstoffatoms im sichtbaren Bereich (Balmer Serie), Jan Homann @ CC BY-SA 3.0 DE
Quanten, Wellen und Teilchen
Teilchencharakter von Elektronen –> Einstein und Planck
Wellencharakter Elektronen –> De Broglie
Welle-Teilchen-Dualismus
Das wellenmechanistische Modell
\(E = h \cdot \nu\) kennen wir ja schon…
Die Frequenz kann ersetzt werden \(\nu = \frac{c}{\lambda}\)\[
E=h \cdot \frac{c}{\lambda}
\]
Einsteins-Beziehung?
…war doch:
\(E=mc^2\)
dann erhält man: \(m\cdot c^2=h \cdot \frac{c}{\lambda}\)
nach De Broglie kann man jedem bewegten (nicht nur mit c) Teilchen eine Wellenlänge zuordnen
und dann…\(\lambda=\frac{h}{m \cdot \nu}\)
Aufgabe zu de Broglie
Tafel
Tennisball (\(m=50,0 g, v=30m/s\))
Elektron im H-Atom (“1. Bahn”) (\(m=9,11 \cdot 10^{-28}g, v=2,19 \cdot 10^6 m/s\))
Ionisierungsenergien in eV, Originalwerk von “Sponk” und bearbeitet von “Glrx” als svg [https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1d/First_Ionization_Energy.svg]
frei werdende Energie (-) oder benötigte Energie (+) um ein Elektron aufzunehmen –> negatives Ion
kleine Atome größere Tendenz \(e^-\) aufzunehmen
Bestreben der Halogene die Edelgaskonfiguration zu erreichen –> größten (-)EA-Werte
Periodische Eigenschaften - Elektronegativitäten
Periodische Eigenschaften - Elektronegativitäten b
die EN beschreibt die Fähigkeit eines Atoms das bindende Elektronenpaar in einer Atombindung an sich zu ziehen.
die EN nimmt mit wachsender Ordnungszahl in der Hauptgruppe ab und in der Periode zu.
Periodische Eigenschaften - Metallisch?
Periodische Eigenschaften - Metallisch? b
Der Metallcharakter beschreibt die Fähigkeit eines Atoms, Elektronen abzugeben und positiv geladene Kationen zu bilden (vgl. Ionisierungsenergie).
Der Nichtmetallcharakter beschreibt die Fähigkeit eines Atoms, Elektronen aufzunehmen und negativ geladene Anionen zu bilden (vgl. Elektronenaffinität).
Der metallische Charakter nimmt innerhalb einer Gruppe von oben nach unten zu und innerhalb einer Periode von links nach rechts ab. Für den nichtmetallischen Charakter gelten die entgegengesetzten Richtungen.
Periodische Eigenschaften - Reaktivität
innerhalb Alkali- und Erdalkaligruppe nimmt die Reaktivität innerhalb der Gruppe mit steigender Ordnungszahl zu –> Valenzelektronen weiter weg vom Kern und lassen sich so leichter abspalten
bis zu den Chalkogenen und Halogenen kehrt sich dieser Trend um, mit steigender Kernladungszahl sinkt das Bestreben \(e^-\) aufzunehmen.
- 2019 ist das Jahr des PSE IUPAC-PSE
![Ionisierungsenergien in eV, Originalwerk von “Sponk” und bearbeitet von “Glrx” als svg [https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1d/First_Ionization_Energy.svg]](img/IP_1.svg "fig:")
