Atoom theorie

Atoom theorie
Inleiding
Democritus
Democritus van Abdera (ca. 460 v. Chr.-380/370 v. Chr.)
was een Grieks geleerde, filosoof astronoom en reiziger.
• Materie bestaat uit zeer kleine
ondeelbare eenheden (a-tomos =
ondeelbaar) met daartussen lege
ruimte.
• Atomen kunnen een oneindig
aantal vormen aannemen.
• Atomen kunnen botsen en zo iets
creeren maar nadien kunnen zij weer
uiteenvallen.
Atoom theorie
Atoommodel van Dalton (1808)
Atoomtheorie van Dalton
1. Elementen bestaan uit kleine deeltjes, atomen
genaamd.
2. Elk element wordt gekarakteriseerd door de
massa van het atoom; atomen van hetzelfde
element hebben dezelfde massa en atomen van
verschillende elementen hebben een
verschillende massa.
3. Bij het ontstaan van nieuwe stoffen verandert
alleen de manier waarop atomen met elkaar
verbonden zijn; de atomen zelf veranderen niet.
Atomen volgens
Dalton
Simpele atomen. 1 =
waterstof
De hogere atoomnummers
zijn volgens Dalton
samengestelde atomen:
binair, tertiar, quartenair
enz.
Symbolen voor de verschillende elementen
PROBLEEM
Waar bestaan
atomen uit?
Atoom theorie
Atoommodel van Thomson (1897)
Ontdekking van het electron
Aan het einde van de 19e eeuw voerden verschillende
wetenschappers experimenten uit met
kathodestraalbuizen en langzaam kwamen zij tot het besef
dat er zich daarin negatief geladen subatomaire deeltjes
bevonden.
PROBLEEM
Atomen zijn
neutraal. Als
elektronen negatief
zijn, moeten er ook
nog positief geladen
deeltjes zijn!
Het atoom volgens Thomson. Ook wel het
krentenbol of pudding model genoemd.
Atoom theorie
Atoommodel van Rutherford (1911)
De hypothese
• Wat gebeurt er als ik een atoom met deeltjes (heliumkernen) beschiet?
• Rutherford dacht het volgende te zullen
waarnemen:
http://www.nat.vu.nl/~pwgroen/sdm/hyper/a
nim/thomfilm.html
Het
experiment
Resultaten
• De meeste -deeltjes gingen rechtdoor of
werden nauwelijks verstrooid.
• Sommige -deeltjes werden onder grote
hoeken verstrooid.
• Probleem: Dit rijmt niet met de
verwachtingen die Rutherford had uit het
model van Thomson.
Een nieuw model
• Het atoom bestaat voor het grootste deel uit
lege ruimte.
• Er is een positief geladen kern.
• De electronen cirkelen om de kern in banen.
• http://www.nat.vu.nl/~pwgroen/sdm/hyper/a
nim/ruthfilm.html
Het atoom volgens Rutherford
http://users.skynet.be/eddy/experiment_van_rutherford.htm
Afmetingen
PROBLEEM
Waarom valt het
electron niet op de
kern?
Atoom theorie
Atoommodel van Bohr (1914)
De Theorie
• Electronen bevinden zich in schillen rond
de kern.
• Een schil kan een beperkt aantal electronen
bevatten.
• De electronen van een stabiel atoom zitten
in de schillen met de laagst mogelijke
energie.
Schillen worden volgens toenemende afstand
tot de kern voorgesteld door: K, L, M, N, O, P
en Q. Het rangnummer wordt het
schilnummer 'n' genoemd. Een schil met
rangnummer n kan maximaal 2n2 elektronen
bevatten, zoals aangegeven in de volgende
tabel:
Schil
Nummer (n)
Max. bezetting (2n2)
K L M
N
O
P
Q
1 2
4
5
6
7
3
2 8 18 32 50 72 98
Het atoom
volgens
Niels Bohr
CHLOOR
NATRIUM
Atoom theorie
Orbitals
Sommerfeld (1916)
• Sommerfeld stelde voor dat een elektronenschil of
hoofdenergieniveau samengesteld is uit
subniveaus.
• Het aantal subniveaus in een hoofdschil is gelijk
aan het nummer van die hoofdschil (max. 4
subniveaus).
• De subniveaus worden s-, p-, d- en f-subniveaus
genoemd met respectievelijk een maximale
elektronenbezetting van 2, 6, 10 en 14,
voorgesteld als s2, p6, d10 en f14
Uiteindelijk!
• Erwin Schrödinger (1926) stelt een
kwantummechanisch model waarbij elektronen
niet als deeltjes, maar als golfverschijnsel werden
voorgesteld.
• Een jaar later kwam Werner Heisenberg met het
onzekerheidsprincipe van Heisenberg, waarmee
hij aangaf dat het inderdaad niet mogelijk was van
een elektron de precieze plaats in een atoom aan te
geven.
Onzekerheidsprincipe van
Heisenberg
Een electron heeft geen vaste
plaats, maar een
waarschijnlijkheid dat hij zich
op een bepaalde plek bevindt.
Het electron in de 1s orbitaal
bevindt zich voor 95% zeker in de
wolk die hier is getekend. Op de
plaatsen waar de wolk dicht is, is
de waarschijnlijkheid het electron
aan te treffen het grootst.
Ruimtelijke
voorstelling van
de s,p en d
orbitalen. De
vorm van de
orbitalen geeft
aan op welke
plekken we de
meeste kans
hebben het
electron te
vinden.
Opvulling van de
orbitalen
het Pauli-principe
• Elke orbitaal kan
slechts 2 electronen
bevatten.
• Deze electronen
hebben een
tegengestelde spin.
• http://users.skynet.be/e
ddy/config.html
Atoom theorie
Lewis structuren tekenen
OCTETREGEL VAN LEWIS
• 8 electronen in de buitenste schil zorgt voor
verhoogde stabiliteit.
• Waterstof vormt hier een uitzondering op.
De buitenste schil van een waterstofatoom
bestaat uit alleen een 1s orbitaal en biedt
slechts plaats aan twee elektronen. Daarom
vormt het atoom maar één binding.
EDELGASSEN
• Edelgassen hebben een met acht elektronen hun
buitenste schil volledig gevuld, waardoor ze door
hun stabiliteit geen chemische reacties aangaan.
• http://images.google.nl/imgres?imgurl=http://ww
w.webelements.com/webelements/elements/media
/kosselpics/Kr.jpg&imgrefurl=http://www.webelements.c
om/webelements/elements/text/Kr/econ.html&h=3
00&w=300&sz=15&tbnid=VARd2uzJUZ8J:&tbn
h=111&tbnw=111&hl=n
ionbinding en covalente binding
• http://users.skynet.be/eddy/ion_covalent.ht
ml
Lewis structuur
Een Lewisstructuur gaat op dezelfde manier
als een structuurformule, alleen moet je ook
rekening houden met vrije electronenparen.
- Bekijk van elk atoom hoeveel bindingen
het aangaat
- Bekijk hoeveel valentie-elektronen het
atoom heeft
- Het aantal vrije electronenparen kan je
bereken met: VEP = 1/2 * (aantal valentie aantal bindingen)
- Bekijk tenslotte welke atomen nu een
formele lading dragen.
resonantie
Atoom theorie
Ruimtelijke structuur
Het tekenen van een
lewisstructuur
• http://cheminf.cmbi.ru.nl/wetche/organic/sr
m1/lewis/