ATOOMSTRUCTUUR
1.1 Atomen en moleculen
Molecule = kleinste onderdeel van zuivere stof met dezelfde constante samenstelling, bestaat uit atomen
- Zuivere stof: 1 soort moleculen
- Mengsel: verschillende moleculen
Atoom = onderdeel van moleculen = kleinste chemische materiedeeltjes, behoudt zijn iden@teit in reac@es
Element = soort atoom
- Enkelvoudige stof: 1 soort atomen in moleculen
- Samengestelde stof: meerdere soorten atomen in moleculen
Kenmerken van atomen:
- De kern bestaat uit protonen en neutronen
- De kern is klein en posi@ef
Subatomaire deeltjes
Deeltje Diameter Massa Lading
Proton 1 𝑥 10!"# m 1,673 𝑥 10!$% kg +1e
Neutron 1 𝑥 10!"# m 1,675 𝑥 10!$% kg 0e
Elektron 10!"& / 10!"( m 9,109 𝑥 10!(" kg -1e
E = 1,602 x 10!") C = elementaire ladingseenheid
1. Atoom = neutraal
2. Massa atoom ongeveer
3. Omvang atoom bepaald door omvang elektronenwolk
1.2 De chemische elementen
Symbool X = het element, bv. C,Ca,...
De hoeveelheid neutronen speelt geen rol
! Massagetal A= ∑(𝑛34 /! ) bij de chemische eigenschap van het
𝑥 element. Wel speelt het een rol bij de
" = de som van protonen + neutronen
fysische eigenschap
Atoomnummer Z = 𝑛3 = 𝑛5
= aantal protonen en bepaalt dus het element
Atoommassa m = absolute massa van een atoom
Isotoop = atoomsoort met Z= np = cte en A= np + nn ¹ cte
- Aantal isotopen verschilt van element tot element
- Isotopische samenstelling = cte voor 1 element
- Chemische eigenschap elektronenverdeling buitenste schil
Isotopenbundan4e = %-verdeling isotopen van een element
Atoommassa van een element = mengsel van isotopen, hebben verschillende massa’s
- Absolute massa van een element= de procentueel samengestelde som van de absolute massa’s van de isotopen
- Rela@eve atoommassa 𝐴* = de procentuele samengestelde som van de rela@eve atoommassa’s van de isotopen
+,--, .,/ " ,011+ "$
Rela@eve atoommassa= 𝐴* = m/u = 2𝐶
"$
1
,Rela@eve atoommassa’s ¹ gehele getallen
3 redenen
1. 𝑚3 = 1,672648 x 10!$% kg 𝑚/ = 1,674954 x 10!$% kg
!("
2. 𝑚6 = 9,109435 x 10 kg, maar wordt verwaarloosd
3. Vorming van kern uit n protonen + m neutronen= massadefect
Afwijking s@jgt naarmate atoom groter wordt
De mol en molaire massa
1 mol van een materiesoort (atomen, moleculen,...) is een hoeveelheid van die materiesoort die 6,02215 x 10$( (= getal of
constante van Avogrado (𝑁7 ) en@teiten bevat
𝑁7 is xo gekozen zodat de getalwaarde = 1/u
Molaire massa van een element X, 𝑀𝑀8 = massa van 1 mol atomen X, in g/mol
𝑀𝑀8 = 𝑁7 𝑚8 = 𝑁7 𝐴8 u in g/mol
#
𝑁! = $ + u = u valt weg = 𝐴%
Getalwaarde van de molaire massa= getalwaarde van de rela@eve atoommassa
𝑀𝑀8 wordt uitgedrukt in g/mol, 𝐴8 is dimensieloos
m = 𝑀𝑀% = g/mol
1.3 Atoommodellen
1.3.1 Atoommodel van Rutherford
Efficiënt om alfadeeltjes tegen te houden Lichilits
Vaststellingen Interpreta@e
Grootste deel (a) zonder hinder door Au-folie Grootste deel van de atoom is leeg
Klein deel licht (b) of sterk (c) afgebogen Posi@eve kern: 𝐻𝑒 $4 - deeltjes die dichtbij kern komen:
afgebogen (b,c)
Zeer kleine frac@e (d) teruggekaatst 𝐻𝑒 $4 - deeltjes die frontaal botsen: teruggekaatst
= FOUT, fysisch niet correct
1.3.2 Atoommodel van Bohr
Postultaat 1: Elektronen bewegen in bepaalde sta@onaire cirkelvormige banen van welbepaalde energie rond de kern
Discrete afstanden: a naar b = energie opnemen of afnemen
2
,Postultaat 2: Baanverandering = energieverandering o.v.v. lichioton
Emissie: foton uitzenden
→ atoom verliest energie
→ elektron komt in een baan dichter bij de kern terecht
Absorp4e: foton opnemen
→ atoom wint energie
→ elektron komt in een baan verder van de kern terecht
1.3.3 Golfmechanisch atoommodel
Golf-par@kel-dualiteit voor licht (Einstein, 1905)
Licht= golffenomeen: breking, interferen@e, polarisa@e,...
Golf-par@kel-dualiteit voor materie (de Broglie, 1924)
Onzekerheidsprincipe van Heisenberg (1927)
Het is onmogelijk om zowel de plaats als de energie van een zeer klein deeltje zoals een 𝑒 ! tegelijker@jd perfect te kennen=
Er is een inherente onzekerheid omtrent de plaats en @jd van een 𝑒 !
Dx + DE ³ h/2n
Het kwadraat van een golfvergelijking (“schrödinger-vergelijking”) bepaalt de waarschijnlijkheid om een elektron op die
plaats aan te treffen
Orbitaal van een elektron in een atoom is de plaats in de ruimte om een 𝑒 ! met een zekere waarschijnlijkheid aan te treffen
De Schrödingervergelijking voor een elektron in een atoom
Oplossing = golfvergelijking
Kwadraat golfvergelijking = orbitaal op een schil
Uit randvoorwaarde aan de Schrödingervergelijking volgen:
- verschillende schillen
- binnen verschillende schillen (mogelijke) verschillende orbitalen
Informa@e: energie van 𝑒 !
Plaats van 𝑒 !
Regels:
Schil n = 1: alleen 1 s-orbitaal = 1s
Schil n = 2: 1 s-orbitaal en 3 p-orbitalen = 2s, 2px, 2pz, 2pz
Schil n = 3: 1 s-orbitaal, 3 p-orbitalen en 5 d-orbitalen = 3s, 3px, 3pz, 3pz +5 verschillende d-orbitalen... enzovoort
In elk orbitaal kunnen maximaal 2 𝑒 ! (spin up ↑ en spin down ↓)
3
, De vorm van een orbitaal
s-orbitaal S= dichter bij de kern
= lager in energie, dus stabieler
p-orbitaal Alle 3 dezelfde afstand + vorm
d- en f-orbitaal: andere vormen (geen leerstof)
De groo>e van een orbitaal hangt af van schilnummer: hoe hoger n, hoe diffuser/groter
Vergroot, maar evenveel elektronen, dezelfde
dichtheid
De energie van een orbitaal hangt af van schilnummer en aard orbitaal
1 < 2 < 3 < ... s < p < d < ...
Hoe lager, hoe beter Dichter bij de kern
Schilnummer heer doorgaans groter effect: 1 s< 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < ...
Volgorde omgewisseld!
4
1.1 Atomen en moleculen
Molecule = kleinste onderdeel van zuivere stof met dezelfde constante samenstelling, bestaat uit atomen
- Zuivere stof: 1 soort moleculen
- Mengsel: verschillende moleculen
Atoom = onderdeel van moleculen = kleinste chemische materiedeeltjes, behoudt zijn iden@teit in reac@es
Element = soort atoom
- Enkelvoudige stof: 1 soort atomen in moleculen
- Samengestelde stof: meerdere soorten atomen in moleculen
Kenmerken van atomen:
- De kern bestaat uit protonen en neutronen
- De kern is klein en posi@ef
Subatomaire deeltjes
Deeltje Diameter Massa Lading
Proton 1 𝑥 10!"# m 1,673 𝑥 10!$% kg +1e
Neutron 1 𝑥 10!"# m 1,675 𝑥 10!$% kg 0e
Elektron 10!"& / 10!"( m 9,109 𝑥 10!(" kg -1e
E = 1,602 x 10!") C = elementaire ladingseenheid
1. Atoom = neutraal
2. Massa atoom ongeveer
3. Omvang atoom bepaald door omvang elektronenwolk
1.2 De chemische elementen
Symbool X = het element, bv. C,Ca,...
De hoeveelheid neutronen speelt geen rol
! Massagetal A= ∑(𝑛34 /! ) bij de chemische eigenschap van het
𝑥 element. Wel speelt het een rol bij de
" = de som van protonen + neutronen
fysische eigenschap
Atoomnummer Z = 𝑛3 = 𝑛5
= aantal protonen en bepaalt dus het element
Atoommassa m = absolute massa van een atoom
Isotoop = atoomsoort met Z= np = cte en A= np + nn ¹ cte
- Aantal isotopen verschilt van element tot element
- Isotopische samenstelling = cte voor 1 element
- Chemische eigenschap elektronenverdeling buitenste schil
Isotopenbundan4e = %-verdeling isotopen van een element
Atoommassa van een element = mengsel van isotopen, hebben verschillende massa’s
- Absolute massa van een element= de procentueel samengestelde som van de absolute massa’s van de isotopen
- Rela@eve atoommassa 𝐴* = de procentuele samengestelde som van de rela@eve atoommassa’s van de isotopen
+,--, .,/ " ,011+ "$
Rela@eve atoommassa= 𝐴* = m/u = 2𝐶
"$
1
,Rela@eve atoommassa’s ¹ gehele getallen
3 redenen
1. 𝑚3 = 1,672648 x 10!$% kg 𝑚/ = 1,674954 x 10!$% kg
!("
2. 𝑚6 = 9,109435 x 10 kg, maar wordt verwaarloosd
3. Vorming van kern uit n protonen + m neutronen= massadefect
Afwijking s@jgt naarmate atoom groter wordt
De mol en molaire massa
1 mol van een materiesoort (atomen, moleculen,...) is een hoeveelheid van die materiesoort die 6,02215 x 10$( (= getal of
constante van Avogrado (𝑁7 ) en@teiten bevat
𝑁7 is xo gekozen zodat de getalwaarde = 1/u
Molaire massa van een element X, 𝑀𝑀8 = massa van 1 mol atomen X, in g/mol
𝑀𝑀8 = 𝑁7 𝑚8 = 𝑁7 𝐴8 u in g/mol
#
𝑁! = $ + u = u valt weg = 𝐴%
Getalwaarde van de molaire massa= getalwaarde van de rela@eve atoommassa
𝑀𝑀8 wordt uitgedrukt in g/mol, 𝐴8 is dimensieloos
m = 𝑀𝑀% = g/mol
1.3 Atoommodellen
1.3.1 Atoommodel van Rutherford
Efficiënt om alfadeeltjes tegen te houden Lichilits
Vaststellingen Interpreta@e
Grootste deel (a) zonder hinder door Au-folie Grootste deel van de atoom is leeg
Klein deel licht (b) of sterk (c) afgebogen Posi@eve kern: 𝐻𝑒 $4 - deeltjes die dichtbij kern komen:
afgebogen (b,c)
Zeer kleine frac@e (d) teruggekaatst 𝐻𝑒 $4 - deeltjes die frontaal botsen: teruggekaatst
= FOUT, fysisch niet correct
1.3.2 Atoommodel van Bohr
Postultaat 1: Elektronen bewegen in bepaalde sta@onaire cirkelvormige banen van welbepaalde energie rond de kern
Discrete afstanden: a naar b = energie opnemen of afnemen
2
,Postultaat 2: Baanverandering = energieverandering o.v.v. lichioton
Emissie: foton uitzenden
→ atoom verliest energie
→ elektron komt in een baan dichter bij de kern terecht
Absorp4e: foton opnemen
→ atoom wint energie
→ elektron komt in een baan verder van de kern terecht
1.3.3 Golfmechanisch atoommodel
Golf-par@kel-dualiteit voor licht (Einstein, 1905)
Licht= golffenomeen: breking, interferen@e, polarisa@e,...
Golf-par@kel-dualiteit voor materie (de Broglie, 1924)
Onzekerheidsprincipe van Heisenberg (1927)
Het is onmogelijk om zowel de plaats als de energie van een zeer klein deeltje zoals een 𝑒 ! tegelijker@jd perfect te kennen=
Er is een inherente onzekerheid omtrent de plaats en @jd van een 𝑒 !
Dx + DE ³ h/2n
Het kwadraat van een golfvergelijking (“schrödinger-vergelijking”) bepaalt de waarschijnlijkheid om een elektron op die
plaats aan te treffen
Orbitaal van een elektron in een atoom is de plaats in de ruimte om een 𝑒 ! met een zekere waarschijnlijkheid aan te treffen
De Schrödingervergelijking voor een elektron in een atoom
Oplossing = golfvergelijking
Kwadraat golfvergelijking = orbitaal op een schil
Uit randvoorwaarde aan de Schrödingervergelijking volgen:
- verschillende schillen
- binnen verschillende schillen (mogelijke) verschillende orbitalen
Informa@e: energie van 𝑒 !
Plaats van 𝑒 !
Regels:
Schil n = 1: alleen 1 s-orbitaal = 1s
Schil n = 2: 1 s-orbitaal en 3 p-orbitalen = 2s, 2px, 2pz, 2pz
Schil n = 3: 1 s-orbitaal, 3 p-orbitalen en 5 d-orbitalen = 3s, 3px, 3pz, 3pz +5 verschillende d-orbitalen... enzovoort
In elk orbitaal kunnen maximaal 2 𝑒 ! (spin up ↑ en spin down ↓)
3
, De vorm van een orbitaal
s-orbitaal S= dichter bij de kern
= lager in energie, dus stabieler
p-orbitaal Alle 3 dezelfde afstand + vorm
d- en f-orbitaal: andere vormen (geen leerstof)
De groo>e van een orbitaal hangt af van schilnummer: hoe hoger n, hoe diffuser/groter
Vergroot, maar evenveel elektronen, dezelfde
dichtheid
De energie van een orbitaal hangt af van schilnummer en aard orbitaal
1 < 2 < 3 < ... s < p < d < ...
Hoe lager, hoe beter Dichter bij de kern
Schilnummer heer doorgaans groter effect: 1 s< 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < ...
Volgorde omgewisseld!
4
