2.1 Der Atomkern
Rutherfords Streuversuch zeigte: Atome sind fast leer, Masse und positive Ladung stecken in einem winzigen Kern.
Streuversuch
α-Teilchen auf Goldfolie: fast alle fliegen gerade durch, wenige werden abgelenkt, sehr wenige prallen zurück.
Kern-Hülle-Modell
Im Kern steckt fast die gesamte Masse; in der riesigen Hülle bewegen sich die Elektronen.
Atombausteine
Protonen und Neutronen (Nukleonen, je ≈ 1 u) bilden den Kern, Elektronen (≈ 0,0005 u) die Hülle. Im Atom: Anzahl p⁺ = Anzahl e⁻.
Isotope
Atome eines Elements mit gleicher Protonen-, aber verschiedener Neutronenzahl. Chemisch verhalten sie sich gleich.
Warum im PSE 35,5 u steht
Die Atommasse im PSE ist der gewichtete Mittelwert aller Isotope: 0,758 · 35 u + 0,242 · 37 u ≈ 35,5 u. Kein einzelnes Chlor-Atom hat 35,5 u — der Wert liegt nahe am häufigeren Isotop.
2.2 Die Atomhülle
Ionisierungsenergien verraten, dass die Elektronen in Stufen um den Kern angeordnet sind — daraus folgen Schalen und Valenzelektronen.
Ionisierungsenergie
Energie, um ein Elektron aus dem Atom zu entfernen. Ein großer Sprung zeigt: Das nächste Elektron kommt aus einer kernnäheren Schale.
Energiestufenmodell
Elektronen besetzen Energiestufen von unten (kernnah, energiearm) nach oben. Die 1. Stufe fasst 2, die 2. Stufe 8 Elektronen.
Schalenmodell
Die Energiestufen werden als Schalen um den Kern gezeichnet: K-, L-, M-, N-Schale von innen nach außen.
Valenzelektronen
Elektronen der äußersten Schale. Lewis-Schreibweise: Symbol mit einem Punkt je Valenzelektron, ab dem fünften als Paar.
Warum die Sprünge Schalen verraten
Solange Elektronen aus derselben Schale entfernt werden, steigt die Energie nur mäßig. Muss das nächste Elektron aus einer inneren Schale kommen, ist es dem Kern viel näher und wird viel stärker festgehalten — die Energie springt.
2.3 Das Periodensystem
Das PSE ordnet die Elemente nach der Ordnungszahl; Elemente mit gleich vielen Valenzelektronen stehen untereinander und verhalten sich ähnlich.
Aufbau des PSE
Waagerecht: Perioden (gleiche Schalenzahl). Senkrecht: Hauptgruppen (gleiche Anzahl Valenzelektronen). Metalle links, Nichtmetalle rechts.
Alkalimetalle
I. Hauptgruppe, 1 Valenzelektron. Weich, silbrig, geringe Dichte, unter Paraffinöl aufbewahrt. Reagieren mit Wasser zu Lauge und Wasserstoff.
Halogene
VII. Hauptgruppe, 7 Valenzelektronen, zweiatomige Moleküle. „Salzbildner“: reagieren mit Metallen zu Salzen. Reaktivität nimmt nach unten ab.
Edelgase
VIII. Hauptgruppe: voll besetzte Außenschale (He: 2, sonst 8). Einatomig und äußerst reaktionsträge.
Eigenschaften vorhersagen
Eigenschaften ändern sich in Gruppe und Periode schrittweise. Aus den Nachbarn lassen sich Werte abschätzen — so sagte Mendelejew Germanium voraus.
Edelgasregel
Atome anderer Elemente erreichen die stabile Elektronenkonfiguration eines Edelgases, indem sie möglichst wenige Elektronen abgeben (Metalle) oder aufnehmen (Nichtmetalle): Na gibt 1 ab, Cl nimmt 1 auf.
Die Regeln, an denen die Punkte hängen
Diese drei Stellen kosten in der Arbeit am häufigsten Punkte.
Die Protonenzahl entscheidet
Welches Element vorliegt, hängt nur von der Protonenzahl ab — nicht von der Massenzahl und nicht von der Elektronenzahl. Neutronen: N = A − Z.
Schalen richtig füllen
Kalium ist 2 · 8 · 8 · 1, nicht 2 · 8 · 9. Die Außenschale trägt höchstens 8 Elektronen, die erste nur 2. In der Lewis-Schreibweise nur die Valenzelektronen zeichnen.
Trends mit dem Atombau begründen
Alkalimetalle werden nach unten reaktiver (Außenelektron weiter vom Kern, leichter abzugeben), Halogene nach unten reaktionsträger (fremdes Elektron wird schwächer angezogen). Nie nur „weil es so im PSE steht“.