Thema 2 Atoommodellen 2023 Werkmodel - PDF

Thema 02 ATOOMBOUW HO O FDSTUK 1 : O P WEG NA A R EEN NIEUW ATO OMMO DEL P52 -67 1 O V HOOFDSTUK 1: Op weg naar een nieuw atoommodel. E Herhaling R 1. De grondtoestand en aangeslagen toestand van een elektron 2. Energie als een golfbeweging...

Thema 02 ATOOMBOUW HO O FDSTUK 1 : O P WEG NA A R EEN NIEUW ATO OMMO DEL P52 -67 1 O V HOOFDSTUK 1: Op weg naar een nieuw atoommodel. E Herhaling R 1. De grondtoestand en aangeslagen toestand van een elektron 2. Energie als een golfbeweging Z 3. Emissiespectra I 4. Het duale karakter van een elektron C 5. De onzekerheden van Heisenberg H T 2  Leerdoelen Je kunt al: -Het atoommodel van Bohr-Rutherford toelichten -De elektronenconfiguratie van een atoom schrijven met het aantal elektronen per schil; -Uitleggen dat het gecombineerde atoommodel van Bohr-Rutherford sprak over 7 schillen of energieniveaus ; -Uitleggen hoeveel gepaarde en ongepaarde elektronen er per schil kunnen zijn. -De grootte van een atoom inschatten aan de hand van het aantal schillen -Uitleggen dat er negatieve en positieve deeltjes in een atoom zitten die elkaar aantrekken 3  Leerdoelen Je leert nu: - Het duale karakter van een elektron als massa en energiedeeltje beschrijven; - De theorie omtrent de verdeling van elektronen rond het atoom begrijpen aan de hand van de orbitaaltheorie - De energieniveaus in een atoom verder opdelen - Uitleggen dat de energie van de elektronen in een atoom gekwantiseerd is. - De opvullingsvolgorde van de orbitalen toepassen en het begrip “inversie” begrijpen - De atoom- en ionafmetingen nauwkeuriger voorspellen en verklaren - De grootteorde van ionisatie-energie van atomen en ionen verklaren 4 O V HOOFDSTUK 1: Op weg naar een nieuw atoommodel. E Herhaling R 1. De grondtoestand en aangeslagen toestand van een elektron 2. Energie als een golfbeweging Z 3. Emissiespectra I 4. Het duale karakter van een elektron C 5. De onzekerheden van Heisenberg H T 5  Herhaling : A. Atoommodel van Democritus Atomen zijn de kleinste ondeelbare deeltjes waaruit materie is opgebouwd 460 v Chr – ca 370 v Chr 6  Herhaling : B. Atoommodel van Dalton Materie het_atoommodel_van_john_dalton-1 Alle materie is opgebouwd uit ondeelbare en onvernietigbare atomen Moleculen Atomen zijn massieve bollen atomen 1766 - 1844 Atomen van eenzelfde element zijn gelijk Atomen van verschillende elementen verschillen in massa en verschillen in chemische eigenschappen 7  Herhaling : C Atoommodel van Thomson thomson Atomen zijn massieve bollen Buitenkant atoom zitten negatieve deeltjes Binnenkant atoom zitten positieve 1856 - 1940 deeltjes 8  Herhaling : D Atoommodel van Rutherford Atoom opgebouwd uit Massa atoom kern ✓ Protonen = positief geladen deeltjes p+ ✓ neutronen = deeltjes zonder lading n0 1871 - 1937 elektronenwolk of elektronenmantel = ijle ruimte rond de kern ✓ elektronen = negatief geladen deeltjes e- 9  Herhaling : D Atoommodel van Rutherford 10  Herhaling : Blz 52 D Atoommodel van Rutherford 1 u = 1,6605.10-27 kg Massa van een atoom deeltje Symbool Lading Massa (kg) Massa (u) Elektron e- -1 0,9109.10-30 Te verwaarlozen Proton p+ +1 1,6721.10-27 1 neutron n0 0 1,6745.10-27 1 11  Herhaling : Blz 52 D Atoommodel van Rutherford Ladingen van de elementaire deeltjes deeltje Symbool Lading Relatieve lading Elektron e- -1,60.10-19C -1 Proton p+ +1,60.10-19C +1 neutron n0 0C 0 12  Herhaling : D Atoommodel van Rutherford Atoomnummer Z Geeft informatie over het totaal aantal protonen in de kern Voorlopig ook informatie over het totaal aantal elektronen in de elektronenmantel Voorbeeld Atoomnummer Z Symbool Naam element Aantal p+ Aantal e- 1 H waterstof 1 1 2 He helium 2 2 56 Ba barium 56 56 30 Zn zink 30 30 13  Herhaling : D Atoommodel van Rutherford Massagetal A Massa van een atoom zit volledig in de kern massagetal A = aantal protonen + aantal neutronen A = aantal p+ + aantal n0 aantal p+ = A - aantal n0 aantal n0 = A - aantal p+ 14  Herhaling : Voorbeelden gegeven aantal e-: 11 Na Z = 11 aantal p+: 11 A = 23 aantal n0: 23 – 11 = 12 H Z=1 aantal e-: 1 A=1 aantal p+: 1 aantal n0: 1–1=0 Br- Z = 35 aantal e-: 36 A = 80 aantal p+: 35 aantal n0: 80 – 35 = 45 Ca2+ Z = 20 aantal e-: 18 A = 40 aantal p+: 20 aantal n0 : 40-20=20 15  𝐴 𝑝+𝑛 Oefening 𝑍𝑋 = 𝑝𝑋 16  Herhaling : D Atoommodel van Rutherford Gemiddelde Relatieve atoommassa : Gewogen gemiddelde van de relatieve atoommassa’s van de voorkomende isotopen Isotoop: elementen met eenzelfde atoomnummer maar een verschillend massagetal Een element wordt gekenmerkt door het aantal p = Z Een nuclide = atoomsoort met bepaald aantal p en bepaald aantal n Van één element kunnen verschillende nucliden (= isotopen) bestaan. -zelfde Z : zelfde aantal p en e- zelfde plaats in PSE zelfde chemische eigenschappen -verschillend A : verschillend aantal n verschillende massa 18 Waterstof en haar isotopen Deuterium Tritium 19  Herhaling : Isotopen 35Cl komt voor 75,5% in Chloor 2 bezit natuurlijke nl. 17Cl isotopen 37Cl komt voor in 24,5% Berekening gemiddelde Ar 75,5% van de isotopen van Cl zijn nucliden 35Cl met Ar = 34,97 24,5 % van de isotopen van Cl zijn nucliden 37Cl met Ar = 36,96 Gemiddeld heeft één Cl-atoom een relatieve massa = 35,45 (= waarde in PSE) 75,5 24,5 A r (Cl) = (  34,97) + (  36,96) = 35,45 100 100 20 Isotopen 1. Bereken de atoommassa van het element Pb waarvan de isotopen met Ar =204, Ar= 206, Ar =207 en Ar= 208 in de natuur respectievelijk voorkomen voor 1,5%, 23,6%, 22,6% en 52,3%. 1,5 23,6 22,6 52,3 gemid. A r (Pb) = (  204) + (  206) + (  207) + (  208) = 207,24 100 100 100 100 Antwoord: de relatieve atoommassa van het element lood is Ar (Pb) = 207,24 21 22 24 26  Herhaling : Elementaire deeltjes 28 O V HOOFDSTUK 1: Op weg naar een nieuw atoommodel. E Herhaling R 1. De grondtoestand en aangeslagen toestand van een elektron 2. Energie als een golfbeweging Z 3. Emissiespectra I 4. Het duale karakter van een elektron C 5. De onzekerheden van Heisenberg H T 29  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 55 1. Grondtoestand/aangeslagen toestand elektron Proef : We verwarmen een spatel in de bunsenvlam en brengen daarna de spatel in keukenzout en houden die terug in de bunsenvlam. We doen hetzelfde voor bariumchloride Waarneming : Barium Strontium Natrium Groen Rood oranje Besluit : Afhankelijk van welk metaal(ion) je in de vlam brengt, krijgt de vlam een andere kleur 30  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 55 1. Grondtoestand/aangeslagen toestand elektron Verklaring : De vlamproeven en lijnenspectra wezen aan dat elektronen zich niet willekeurig rond de kern bevonden maar op welbepaalde schillen met elke een eigen energieniveau of hoofdkwantum Bij verwarming absorberen de elektronen energie en verplaatsen zich naar een hoger energieniveau (schil verder van de kern) => aangeslagen toestand = geëxciteerde toestand Hoe verder van de kern => hoe groter de potentiële energie Aangeslagen toestand niet stabiel =>terugvallen naar oorspronkelijke niveau =grondtoestand Terugkeer naar grondtoestand => opgenomen energie komt weer vrij in vorm van licht 31  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 55 1. Grondtoestand/aangeslagen toestand elektron 32  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 55 Ehoog 1. Grondtoestand/aangeslagen toestand elektron Elaag Elaag 33  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 56 1. Grondtoestand/aangeslagen toestand elektron Max Planck vulde theorie van Bohr verder aan : 34 O V HOOFDSTUK 1: Op weg naar een nieuw atoommodel. E Herhaling R 1. De grondtoestand en aangeslagen toestand van een elektron 2. Energie als een golfbeweging Z 3. Emissiespectra I 4. Het duale karakter van een elektron C 5. De onzekerheden van Heisenberg H T 35  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 57 2. Energie als een golfbeweging Elke kleur uitgezonden licht = welbepaalde hoeveelheid energie ROGGBIV-spectrum 36  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 57 2. Energie als een golfbeweging Verband aantal schillen en uitgezonden kleur licht (hoeveelheid energie) Cu2+ 4 schillen groen Li+ 2 schillen rood Na+ 3 schillen oranje 37  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 56 2. Intermezzo fysica : Licht = elektromagnetische straling = energie gedraagt zich als een golf= periodiek Een golf wordt gekarakteriseerd door een frequentie, golflengte en amplitude De golflengte is de afstand tussen twee maxima in de golfbeweging Symbool = λ Eenheid = meter De frequentie is het aantal keer dat de golflengte wordt doorlopen per tijdseenheid Symbool = f Eenheid = Hertz (Hz) Amplitude is de hoogte van de maxima/minima Symbool = A Eenheid = meter 38  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 56 2. Intermezzo fysica : 39  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 56 2. Intermezzo fysica : 40  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 56 2. Intermezzo fysica : 41  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 56 2. Intermezzo fysica : Lichtgolven met grote energie-inhoud = korte golflengte (blauw UV licht) Lichtgolven met kleine energie-inhoud = lange golflengte (rood IR licht) 42 O V HOOFDSTUK 1: Op weg naar een nieuw atoommodel. E Herhaling R 1. De grondtoestand en aangeslagen toestand van een elektron 2. Energie als een golfbeweging Z 3. Emissiespectra I 4. Het duale karakter van een elektron C 5. De onzekerheden van Heisenberg H T 43  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 61 3. Emissiespectra: “Wit licht”, bv. van zon of kaars, wordt door een glazen prisma opgesplitst in een continu spectrum van verschillende kleuren waarin alle kleuren vertegenwoordigd zijn Licht van elementen, zoals waterstof, bestaat uit een lijnenspectrum (discreet) 44  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 61 3. Emissiespectra: 45 Emissiespectra maken schillen ‘zichtbaar’ 46  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 61 3. Emissiespectra: 47  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 61 3. Emissiespectra: 48  Op weg naar een nieuw atoommodel : 3. Emissiespectra:  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 61 3. Emissiespectra: 50  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 62 3. Emissiespectra: 51  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 62 3. Emissiespectra: Kern met protonen en neutronen K-schil L-schil M-schil 7 schillen N-schil n=1 tot 7 O-schil K tot Q P-schil Q-schil 52  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 62 3. Emissiespectra: 53  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 62 3. Emissiespectra: Besluit : 54  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 62 3. Emissiespectra: Besluit : 55 O V HOOFDSTUK 1: Op weg naar een nieuw atoommodel. E Herhaling R 1. De grondtoestand en aangeslagen toestand van een elektron 2. Energie als een golfbeweging Z 3. Emissiespectra I 4. Het duale karakter van een elektron C 5. De onzekerheden van Heisenberg H T 56  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 63 4. Het duale karakter van een elektron: Elektron : Heeft (kleine) massa => wetten van Newton toepasbaar Gedraagt zich als een golf => energiedeeltje (zonder massa) 57  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 63 4. Het duale karakter van een elektron: Golfkarakter elektron Golfbeweging water 58  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 63 4. Het duale karakter van een elektron: Duaalkarakter elektron => gecombineerd golfmechanisch model 59 O V HOOFDSTUK 1: Op weg naar een nieuw atoommodel. E Herhaling R 1. De grondtoestand en aangeslagen toestand van een elektron 2. Energie als een golfbeweging Z 3. Emissiespectra I 4. Het duale karakter van een elektron C 5. De onzekerheidsrelatie van Heisenberg H T 60  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 65 5. De onzekerheidsrelatie van Heisenberg: Recht golffront => snelheid en richting nauwkeurig te berekenen Brede spleet => onzeker plaats van oorsprong 61  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 65 5. De onzekerheidsrelatie van Heisenberg: Cirkelvormig golffront => snelheid en richting onzeker nauwe spleet => zekerheid over plaats van oorsprong 62  Op weg naar een nieuw atoommodel : Blz 65 5. De onzekerheidsrelatie van Heisenberg: Onzekerheidsrelatie van Heisenberg : het is onmogelijk om tegelijkertijd de snelheid en de plaats van een deeltje met golfkarakter (elektron) vast te stellen 63 Aan de slag Oefening 1 tot 4 p 67 64 Aan de slag Oefening 1 tot 4 p 67 65 66