Atoombouw en elementaire deeltjes

Atoombouw

• Atomen zijn niet rechtstreeks zichtbaar, daarom werden atoommodellen ontwikkeld. Deze modellen werden verfijnd gedurende de tijd. Het Bohr-model zal gebruikt worden, omdat het eenvoudig en voldoende is voor begrip.

Samenstelling van een atoom

• Atomen bestaan uit drie elementaire deeltjes: protonen, neutronen en elektronen.
• De atoomkern bestaat uit positief geladen protonen en neutrale neutronen.
• Protonen en neutronen verschillen nauwelijks in massa en worden nucleonen genoemd.
• Negatief geladen elektronen bevinden zich rond de atoomkern.
• De massa van een elektron is verwaarloosbaar klein t.o.v. de massa van een proton of neutron. De massa van het atoom is gelijk aan de massa van de nucleonen.

Eigenschappen van elementaire deeltjes

Atoomnummer (Z)

• Het atoomnummer is uniek voor elk element en geeft het aantal protonen in de atoomkern aan.
• Het atoomnummer wordt weergegeven met Arabische cijfers onder het symbool van het element.
• Voorbeeld: Lithium (3Li) heeft 3 protonen in de kern.

Massagetal (A)

• Het massagetal geeft het aantal nucleonen (protonen + neutronen) in de atoomkern aan.
• Het massagetal wordt weergegeven met Arabische cijfers boven het symbool van het element.
• Voorbeeld: ⁷Li heeft drie protonen en vier neutronen (7-3=4).

Isotopen

• Isotopen hebben hetzelfde atoomnummer, maar een verschillend massagetal.
• Ze hebben hetzelfde aantal protonen en elektronen, maar een verschillend aantal neutronen.
• Chemisch zijn isotopen niet van elkaar te onderscheiden.

Ionen

• Een neutraal atoom heeft evenveel elektronen als protonen.
• Een ion heeft een lading verschillend van nul.
  • Een anion heeft meer elektronen dan protonen (negatief geladen).
  • Een kation heeft minder elektronen dan protonen (positief geladen).
• De lading van een ion wordt weergegeven rechts boven het symbool.

Gemiddelde relatieve atoommassa (Ar)

• De gemiddelde absolute atoommassa van een atoom geeft de werkelijke gemiddelde massa van een atoom in kg aan.
• Omdat er verschillende isotopen van een element bestaan, wordt een gemiddelde massa gebruikt.
• De internationale atoommassa-eenheid (u) = 1/12 van de absolute atoommassa van een ¹²C-isotoop.
• 1u = 1,66 × 10^-27 kg = 1 dalton (Da).
• De gemiddelde relatieve atoommassa (Ar) geeft aan hoe vaak de gemiddelde absolute atoommassa groter is dan de atoommassa-eenheid.
• De Ar waarde wordt weergegeven in het periodiek systeem.

Gemiddelde relatieve molecuulmassa (Mr)

• De Mr is de som van de gemiddelde relatieve atoommassa's van alle atomen in een molecuul.
• Voorbeeld: Mr(H₂O) = 2 × Ar(H) + 1 × Ar(O) = 2 × 1,0 + 1 × 16,0 = 18,0.
• De gemiddelde relatieve ionmassa is vrijwel gelijk aan de gemiddelde relatieve atoommassa van het overeenkomstige neutrale deeltje.

Elektronenconfiguratie

• Elektronen hebben zowel deeltjes- als golfeigenschappen. Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg betekent dat we de exacte positie en snelheid van een elektron niet tegelijk kunnen bepalen.

• Elektronen kunnen zich in bepaalde, discrete energieniveaus bevinden. De energie van een elektron is afhankelijk van de atoomkern.

• Een orbitaal is een ruimtelijke voorstelling waarbinnen de kans groot is (90%) een elektron aan te treffen.

• De orbitalen worden beschreven met kwantumgetallen (n, l, ml, ms). - n = hoofdkwantumgetal (schilnummer) - l = nevenkwantumgetal (subschil, vorm orbitaal) - ml = magnetisch kwantumgetal (oriëntatie orbitaal) - ms = spinkwantumgetal (spin)

• Elektronen met tegengestelde spin kunnen in één orbitaal voorkomen (Pauli-verbod).

• Elk orbitaal kan maximaal twee elektronen bevatten.

• De elektronenconfiguratie geeft weer hoe de elektronen over de verschillende orbitalen verdeeld zijn.

• In de boxnotatie worden orbitalen weergegeven door vierkantjes, gevuld met pijltjes (met spin). De verkorte notatie geeft alleen het aantal elektronen in de subschillen aan.

• De diagonaalregel helpt bij het bepalen van de volgorde van energieniveaus van subschillen.

Atomen in de aangeslagen toestand

• Een atoom verkeert in een geëxciteerde/aangeslagen toestand als het meer energie bezit dan in de grondtoestand. Dit gebeurt door energie-absorptie.
• Het atoom komt vervolgens terug naar de grondtoestand door energie-emissie.

Periodiek systeem

• Het periodiek systeem ordent bekende elementen in een tabel.
• Elk element heeft een uniek atoomnummer.
• Elementen in dezelfde groep hebben dezelfde aantal valentie-elektronen en vertonen vaak gelijkaardige chemische eigenschappen.
• De hoofdgroepen in het periodiek systeem hebben namen (alkalimetalen, aardalkalimetalen, etc.).

Eigenschappen van elementen

• De grootte van atomen wordt uitgedrukt door de covalente atoomstraal.
• Er zijn uitzonderingen voor b-groep-elementen.

Oxidatiegetallen (OG)

• Oxidatiegetal is de lading die een atoom verkrijgt als de bindingselektronen volledig verschuiven naar het element met de grootste elektronegativiteit. De elementen uit het s- en p-blok hebben OG die variëren tussen bepaalde waarden; het hoogste positieve OG komt overeen met het groepsnummer.