Atoombouw

Stapstenen in de evolutie van het atoommodel

Atoomtheorie van Dalton

Aristoteles 384-322 v.C. Democritus 460-380 v.C. Alle materie is opgebouwd uit zeer kleine niet meer verder te splitsen deeltjes, vandaar de naam atomen. Grieks: ’ (onsplitsbaar); ’ (niet meer te snijden); ’ (ondeelbaar).

Atoomtheorie van Dalton Antoine Lavoisier 1743-1794 John Dalton 1766-1844 Atoomtheorie van Dalton   Alle materie is opgebouwd uit massieve niet meer te delen bollen, de atomen. De atomen van de verschillende elementensoorten (toen 36) onderscheiden zich van elkaar door verschillende straal en massa. Atomen van verschillende elementen kunnen zich in eenvoudige verhoudingen met elkaar binden tot bouwstenen van nieuwe stoffen. Wanneer zulke verbindingen worden ontbonden, vinden we de dezelfde atomaire bouwstenen terug.

Ontdekking van de elementaire deeltjes

Sir William Crookes 1832-1919 James Chadwick 1891-1974

Elementaire deeltjes   Symbool Lading Massa Elektron e -1 0,000549 u Proton p +1 1,007276 u Neutron n 1,008665 u

Atoommodel van Rutherford – Bohr

Joseph J. Thomson 1856-1940 Ernest Rutherford 1871-1934

Bijna alle massa is geconcentreerd in de kern (diameter slechts het 1/100000 van die van het gehele atoom): massarijke protonen en neutronen. De elektronenmantel is een grote ijle ruimte met daarin rond de kern bewegende elektronen. De draaiende beweging is nodig opdat anders de elektronen op de kern zouden vallen.

Niels Bohr 1885-1962

Postulaten van Bohr Hoofdenergieniveaus – Hoofdkwantumgetal n   De elektronen kunnen zich overeenkomstig de kwantumtheorie slechts op bepaalde hoofdenergieniveaus (schillen) bevinden waar ze geen energie uitstralen. Wanneer een elektron overgaat van een hogere naar een lagere schil gebeurt dit door het uitzenden van straling met een golflengte en een frequentie overeenkomstig de energie van de uitgestuurde straling. Volgens Bohr waren er zeven schillen. Hij noemde ze K- , L- , M- , … , Q-schil. De nummers van de schillen noemen we nu hoofdkwantumgetallen n (1 , 2 , … , 7).

Subniveaus Nevenkwantumgetal l   De hoofdenergieniveaus, uitgezonderd het eerste, bevatten een aantal subniveaus waarvan de energieën lichtjes verschillen.

Hoofdniveau Subniveaus Hoofdkwantumgetal n Naam Aantal Nevenkwantumgetal l 1 K 1s 2 L 2s 2p 3 M 3s 3p 3d 4 N 4s 4p 4d 4f 5 O 5s 5p 5d 5f 6 P 6s 6p 6d 7 Q 7s 7p

Magnetische kwantumgetallen Magnetische niveaus of banen - Magnetisch kwantumgetal ml   In elk subniveau hebben de elektronen een aantal banen ter beschikking. Elektronen die verschillende banen volgen in een bepaald subniveau hebben alle dezelfde energie (tenzij in een sterk magneetveld). magneetveld Subniveau Aantal banen Magnetische kwantumgetallen s 1 p 3 -1 , 0 , +1 d 5 -2 , -1 , 0 , +1 , +2 f 7 -3 , -2 , -1 , 0 , +1 , +2 , +3

Pieter Zeeman 1865-1943 Spin van het elektron - Spinkwantumgetal ms In elke baan (magnetisch niveau) kunnen maximaal twee elektronen. Ze hebben een antiparallelle spin.

Golfmechanisch atoommodel

Louis-Victor de Broglie 1892-1987 In het golfmechanisch model beschouwt men het elektron niet als een snel bewegend materiedeeltje, maar wel als een energiegolf (vergelijk met radiogolven) die men op bepaalde plaatsen rond de kern gewaarwordt. De ruimte rond de kern waarin men het elektron voldoende sterk gewaarwordt, noemt men een orbitaal.

Elektronen in een s-subniveau zijn te voelen in alle mogelijke richtingen rond de kern. Een s-orbitaal heeft de vorm van een bol.

Elektronen in een p-subniveau hebben een preferentiële richting: volgens die richting is de gewaarwording van het elektron het grootst. p-orbitalen hebben de vorm van een halter. In elk p-subniveau zijn er drie halters, elk gesitueerd volgens een as van het rechthoekige assenkruis.

Elektronenconfiguratie

Atoomnummer Z = aantal protonen in de kern = aantal elektronen in de elektronenmantel.

Regel van de minimale energie Er zijn geen elektronen aanwezig in een bepaald subniveau als niet alle voorgaande subniveaus opgevuld zijn. In een bepaald subniveau wordt eerst één elektron in elke baan/orbitaal geplaatst alvorens elektronenparen te vormen : regel van de maximale multipliciteit. (Regel van Hund) De twee elektronen in een zelfde baan/orbitaal hebben een tegengestelde spin. (Pauli-verbod: In een atoom komen geen twee elektronen voor met vier gelijke kwantumgetallen.) Dus in een baan/orbitaal maximaal twee elektronen met tegengestelde spin.

Energievolgorde van de subniveaus   De subniveaus moeten volgens stijgende energie-inhoud opgevuld worden.

Regel van de maximale multipliciteit 1s2 2s2 2p5 We schrijven eerst de naam van het subniveau (1s), gevolgd door het aantal elektronen in het subniveau (1), geschreven als een exponent. 1H 2He 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne 11Na 1s1 1s2 1s2 2s1 1s2 2s2 1s2 2s2 2p1 1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p3 1s2 2s2 2p4 Regel van de maximale multipliciteit 1s2 2s2 2p5 Regel van de maximale multipliciteit 1s2 2s2 2p6 1s2 2s2 2p6 3s1

Regel van de maximale multipliciteit 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar 19K 20Ca 21Sc 1s2 2s2 2p6 3s1 Na het 3p-subniveau volgt niet het 3d- maar wel het 4s-subniveau (lagere energie-inhoud). 1s2 2s2 2p6 3s2 Regel van de maximale multipliciteit 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 Regel van de maximale multipliciteit 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 Na het 3p-subniveau volgt het 4s-subniveau dat we eerst opvullen. Nadien volgt het 3d-subniveau. Nochtans schrijven we (bij voorkeur) het 4s-niveau achteraan, zodat de subniveaus van een zelfde hoofdniveau gegroepeerd blijven. Dit biedt in veel gevallen bepaalde voordelen. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

Elementen & Isotopen

? Kern 17 protonen en 18 neutronen = 35 nucleonen Massagetal Nucleonengetal A 35 37 Voorstelling of % voorkomen 75,4 % 24,6 % ?

Een nuclide is een atoomsoort met een welbepaald aantal protonen en neutronen. Gaat het om nucliden van een zelfde elementensoort dan kan men de term isotopen of isotope nucliden gebruiken. Dus atomen met dezelfde plaats in het P.S. of atomen met een zelfde Z en een verschillende A noemt men isotopen. Van alle elementen bestaan twee of meer isotopen.

Beeldschermen

CRT-beeldscherm (Cathode Ray Tube)

LCD-beeldscherm (Liquid Crystal Display)

Plasmascherm (PDP = Plasma Display Panel)

Koolstofdatering

Zolang een organisme leeft is er in dat organisme een constante verhouding tussen beide isotopen. Na afsterven van het organisme neemt die verhouding af omdat de hoeveelheid 12C constant blijft terwijl de hoeveelheid 14C vermindert. Door die verhouding in het fossiel te meten kan men het tijdstip van overlijden bij benadering bepalen.

Radio-isotopen

a-verval Radio-isotopen

b-verval

g-straling