1 Atoombouw
Scheikunde vroeger en nu
► De Griekse filosoof Demokritos stelde dat materie niet eindeloos opgedeeld
kan worden, maar dat je uiteindelijk bij een kleinste deeltje uit moet komen dat
niet langer splitsbaar is. Dit deeltje, dat hij atoom noemde, zou een grootte en
een massa hebben. De eigenschappen van een stof werden volgens hem bepaald
door de interacties tussen de verschillende atomen.
Protonen, neutronen en elektronen
► Dalton heeft in zijn atoommodel nog gesproken over atomen als harde,
ondeelbare deeltjes. Het idee dat atomen ook echt ondeelbaar zijn, werd met
Thomsons ontdekking van de elektron verworpen. De ontdekking dat uit neutrale
materie negatief geladen deeltjes kunnen worden vrijgemaakt, betekende dat
atomen uit ten minste nog één, positief geladen, soort deeltje moesten bestaan.
► Rutherford stelde experimenteel vast dat het atoom uit een kleine positief
geladen kern bestond waaromheen elektronen cirkelden. Bohr verfijnde het
model van Rutherford door de elektronen een vaste baan rond de kern toe te
kennen. Hij noemde deze banen elektronenschillen. Hoe verder van de kern
een schil zich bevindt, hoe meer elektronen hij kan bevatten. K=2, L=8, M=18.
Hij werkte in WO2 in de VS aan de ontwikkeling van de atoombom.
► Chadwick ontdekte het neutron, waarmee het atoommodel gecompleteerd
werd. Dit model beschrijft een atoom dat bestaat uit negatief geladen
elektronen die in vaste banen om een kleine kern van positief geladen
protonen en neutrale neutronen heen cirkelen.
Atoommassa en massagetal
► Protonen en neutronen hebben ± dezelfde massa -> vormt de basis voor de
atomaire massaeenheid (u; 1,66 * 10-27kg). Een proton en een neutron hebben
beide een massa van 1,0 u. Elektronen hebben een veel kleinere massa -> bijna
verwaarloosbaar voor massa van atoom. De lading van een elektron is precies
even groot als die van een proton, maar dan tegengesteld. Neutron = ongeladen.
Net als de massa van een proton is de lading van een elektron zo klein dat het
niet nuttig is om hem uit te drukken in de gebruikelijke eenheid voor lading. Het
is de kleinst mogelijke lading die kan voorkomen -> lading wordt elementair
ladingskwantum genoemd (= 1,66 * 10-19 coulomb). Binas tabel 7.
► Aantal protonen in de kern = atoomnummer en plaatst men links onder het
atoomsymbool. Het aantal elektronen is in een neutraal atoom gelijk aan het
aantal protonen, maar kan veranderen wanneer het atoom een chemische
reactie aangaat -> niet meer elektrisch neutraal. Aantal protonen verandert nooit
bij een chemische reactie.
► Neutronen bepalen mede de massa van het atoom maar hebben geen invloed
op de chemische eigenschappen. Van de meeste elementen bestaan er meerdere
isotopen: atomen die hetzelfde aantal protonen in de kern hebben, maar een
ander aantal neutronen -> zelfde atoomnummer maar een andere massa.
Isotopen worden van elkaar onderscheiden door het massagetal: de som van
het aantal protonen en neutronen dat zich in de kern van een atoom bevindt. Dit
massagetal staat linksboven / achter het atoomsymbool (16/8 O / O-16).
atoomnummer = aantal protonen
massagetal = aantal protonen + aantal
neutronen
, Atoommassa
► Precieze waarde van de atomaire massa-eenheid1 unit==
Omdat in werkelijkheid de massa van een proton1 en een neutron niet 12 precies
x de massa van een C−atoom
gelijk is aan 1,0 u en de massa van de elektronen,
12 hoe klein ook, wel 6 meetelt, is
de massa van een atoom niet gelijk aan het massagetal. In Binas tabel 25 vindt
je de werkelijke atoommassa van de verschillende isotopen in 5 decimalen
nauwkeurig. Atoommassa is een meetwaarde.
► In de natuur komen bijna alle isotopen van atomen naast elkaar voor -> gem.
atoommassa van een element is bijna nooit gelijk aan de atoommassa van een
enkele isotoop. De relatieve atoommassa is afhankelijk van de verhouding
waarin de verschillende isotopen in de natuur voorkomen en is dus een gewogen
gemiddelde van de massa’s van de verschillende isotopen. In het periodiek
systeem wordt de relatieve atoommassa vermeld. Zonder eenheid weergeven.
2 Periodiek systeem
Steeds meer elementen
► Mendelejev rangschikte de elementen naar atoommassa en naar
eigenschappen van het element (2e helft 19e eeuw). Hij liet in zijn periodiek
systeem der elementen plekken open voor elementen die nog ontdekt
moesten worden (op dat moment waren er 56) en waarvan hij de eigenschappen
nauwkeurig voorspelde.
► In het huidige periodiek systeem staan elementen in volgorde van
atoomnummer van links naar rechts gerangschikt in periodes. Elementen met
vergelijkbare eigenschappen staan onder elkaar in groepen.
Periodes
► Hoe hoger het atoomnummer, hoe breder de periodes worden. Dit komt
doordat de breedte van een periode samenhangt met het aantal elektronen dat
in een schil past (hoe verder van de kern, hoe groter de schil). Telkens wanneer
een nieuwe schil wordt aangesproken om elektronen in te plaatsen, wordt een
nieuwe periode gestart (dit betekent niet altijd dat de voorafgaande schil vol is!).
De manier waarop de elektronen zich verdeeld hebben over de schillen, de
elektronenconfiguratie, bepaalt de chemische eigenschappen van een
element. De elektronen die zich in de buitenste schil bevinden, de valentie-
elektronen, spelen een belangrijke rol; deze vormen de buitenkant van het
atoom. Element in groep 1 heeft steeds 1 elektron in de buitenste schil. Ook het
aantal elektronen dat elementen in groep 2 en 13-18 in de buitenste schil heeft,
staat vast en is logisch af te leiden. De elektronenconfiguratie van de metalen in
groep 2-12 lijkt totaal willekeurig te zijn. Het kan wel wiskundig berekend
worden, maar is niet zo af te leiden.
Groepen
► Edelgassen werden niet door Mendelejev voorspeld/opgemerkt doordat ze
nauwelijks reageren met andere stoffen (-> laat ontdekt). Het eerste edelgas
(argon) werd bij toeval ontdekt. Het gebrek aan reactiviteit betekent dat ze zeer
stabiel zijn. De reactiviteit van een element hangt af van het aantal valentie-
elektronen. Edelgassen hebben steeds 2 of 8 elektronen in de buitenste schil.
Scheikunde vroeger en nu
► De Griekse filosoof Demokritos stelde dat materie niet eindeloos opgedeeld
kan worden, maar dat je uiteindelijk bij een kleinste deeltje uit moet komen dat
niet langer splitsbaar is. Dit deeltje, dat hij atoom noemde, zou een grootte en
een massa hebben. De eigenschappen van een stof werden volgens hem bepaald
door de interacties tussen de verschillende atomen.
Protonen, neutronen en elektronen
► Dalton heeft in zijn atoommodel nog gesproken over atomen als harde,
ondeelbare deeltjes. Het idee dat atomen ook echt ondeelbaar zijn, werd met
Thomsons ontdekking van de elektron verworpen. De ontdekking dat uit neutrale
materie negatief geladen deeltjes kunnen worden vrijgemaakt, betekende dat
atomen uit ten minste nog één, positief geladen, soort deeltje moesten bestaan.
► Rutherford stelde experimenteel vast dat het atoom uit een kleine positief
geladen kern bestond waaromheen elektronen cirkelden. Bohr verfijnde het
model van Rutherford door de elektronen een vaste baan rond de kern toe te
kennen. Hij noemde deze banen elektronenschillen. Hoe verder van de kern
een schil zich bevindt, hoe meer elektronen hij kan bevatten. K=2, L=8, M=18.
Hij werkte in WO2 in de VS aan de ontwikkeling van de atoombom.
► Chadwick ontdekte het neutron, waarmee het atoommodel gecompleteerd
werd. Dit model beschrijft een atoom dat bestaat uit negatief geladen
elektronen die in vaste banen om een kleine kern van positief geladen
protonen en neutrale neutronen heen cirkelen.
Atoommassa en massagetal
► Protonen en neutronen hebben ± dezelfde massa -> vormt de basis voor de
atomaire massaeenheid (u; 1,66 * 10-27kg). Een proton en een neutron hebben
beide een massa van 1,0 u. Elektronen hebben een veel kleinere massa -> bijna
verwaarloosbaar voor massa van atoom. De lading van een elektron is precies
even groot als die van een proton, maar dan tegengesteld. Neutron = ongeladen.
Net als de massa van een proton is de lading van een elektron zo klein dat het
niet nuttig is om hem uit te drukken in de gebruikelijke eenheid voor lading. Het
is de kleinst mogelijke lading die kan voorkomen -> lading wordt elementair
ladingskwantum genoemd (= 1,66 * 10-19 coulomb). Binas tabel 7.
► Aantal protonen in de kern = atoomnummer en plaatst men links onder het
atoomsymbool. Het aantal elektronen is in een neutraal atoom gelijk aan het
aantal protonen, maar kan veranderen wanneer het atoom een chemische
reactie aangaat -> niet meer elektrisch neutraal. Aantal protonen verandert nooit
bij een chemische reactie.
► Neutronen bepalen mede de massa van het atoom maar hebben geen invloed
op de chemische eigenschappen. Van de meeste elementen bestaan er meerdere
isotopen: atomen die hetzelfde aantal protonen in de kern hebben, maar een
ander aantal neutronen -> zelfde atoomnummer maar een andere massa.
Isotopen worden van elkaar onderscheiden door het massagetal: de som van
het aantal protonen en neutronen dat zich in de kern van een atoom bevindt. Dit
massagetal staat linksboven / achter het atoomsymbool (16/8 O / O-16).
atoomnummer = aantal protonen
massagetal = aantal protonen + aantal
neutronen
, Atoommassa
► Precieze waarde van de atomaire massa-eenheid1 unit==
Omdat in werkelijkheid de massa van een proton1 en een neutron niet 12 precies
x de massa van een C−atoom
gelijk is aan 1,0 u en de massa van de elektronen,
12 hoe klein ook, wel 6 meetelt, is
de massa van een atoom niet gelijk aan het massagetal. In Binas tabel 25 vindt
je de werkelijke atoommassa van de verschillende isotopen in 5 decimalen
nauwkeurig. Atoommassa is een meetwaarde.
► In de natuur komen bijna alle isotopen van atomen naast elkaar voor -> gem.
atoommassa van een element is bijna nooit gelijk aan de atoommassa van een
enkele isotoop. De relatieve atoommassa is afhankelijk van de verhouding
waarin de verschillende isotopen in de natuur voorkomen en is dus een gewogen
gemiddelde van de massa’s van de verschillende isotopen. In het periodiek
systeem wordt de relatieve atoommassa vermeld. Zonder eenheid weergeven.
2 Periodiek systeem
Steeds meer elementen
► Mendelejev rangschikte de elementen naar atoommassa en naar
eigenschappen van het element (2e helft 19e eeuw). Hij liet in zijn periodiek
systeem der elementen plekken open voor elementen die nog ontdekt
moesten worden (op dat moment waren er 56) en waarvan hij de eigenschappen
nauwkeurig voorspelde.
► In het huidige periodiek systeem staan elementen in volgorde van
atoomnummer van links naar rechts gerangschikt in periodes. Elementen met
vergelijkbare eigenschappen staan onder elkaar in groepen.
Periodes
► Hoe hoger het atoomnummer, hoe breder de periodes worden. Dit komt
doordat de breedte van een periode samenhangt met het aantal elektronen dat
in een schil past (hoe verder van de kern, hoe groter de schil). Telkens wanneer
een nieuwe schil wordt aangesproken om elektronen in te plaatsen, wordt een
nieuwe periode gestart (dit betekent niet altijd dat de voorafgaande schil vol is!).
De manier waarop de elektronen zich verdeeld hebben over de schillen, de
elektronenconfiguratie, bepaalt de chemische eigenschappen van een
element. De elektronen die zich in de buitenste schil bevinden, de valentie-
elektronen, spelen een belangrijke rol; deze vormen de buitenkant van het
atoom. Element in groep 1 heeft steeds 1 elektron in de buitenste schil. Ook het
aantal elektronen dat elementen in groep 2 en 13-18 in de buitenste schil heeft,
staat vast en is logisch af te leiden. De elektronenconfiguratie van de metalen in
groep 2-12 lijkt totaal willekeurig te zijn. Het kan wel wiskundig berekend
worden, maar is niet zo af te leiden.
Groepen
► Edelgassen werden niet door Mendelejev voorspeld/opgemerkt doordat ze
nauwelijks reageren met andere stoffen (-> laat ontdekt). Het eerste edelgas
(argon) werd bij toeval ontdekt. Het gebrek aan reactiviteit betekent dat ze zeer
stabiel zijn. De reactiviteit van een element hangt af van het aantal valentie-
elektronen. Edelgassen hebben steeds 2 of 8 elektronen in de buitenste schil.
