Elektronen sind Elementarteilchen, die sich um einen Atomkern drehen. Sie haben eine negative Ladung und spielen eine Schlüsselrolle bei chemischen Reaktionen und Bindungen zwischen Atomen. Die Bestimmung der Anzahl der Elektronen in einem Atom ist ein wichtiger Schritt beim Studium der Chemie und bei der Bestimmung seiner Eigenschaften.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Anzahl der Elektronen in einem Atom zu bestimmen. Eine einfache Methode ist die Verwendung einer elektronischen Atom-Konfiguration. Die elektronische Konfiguration ist eine Beschreibung der Anordnung von Elektronen nach Energieniveaus und Unterebenen. Mithilfe des Periodensystems der Elemente und der Regeln für die Befüllung elektronischer Orbitale kann die Anzahl der Elektronen in jedem Atom bestimmt werden.
Eine andere Methode ist die Verwendung der Ordnungszahl des Elements. Die Ordnungszahl eines Elements bestimmt seine Position im Periodensystem und entspricht der Anzahl der Protonen im Kern. Da das Atom neutral ist, entspricht die Anzahl der Elektronen auch der Anzahl der Protonen. Es ist also möglich, die Anzahl der Elektronen in einem Atom zu bestimmen, indem man seine Ordnungszahl kennt.
Was ist ein Atom?
Der Kern des Atoms enthält positiv geladene Protonen und geladene Neutronen. Protonen und Neutronen haben ungefähr die gleiche Masse, aber Protonen sind positiv und Neutronen sind eine ladefreie elektrische Ladung. Abhängig von der Ordnungszahl und der Anzahl der Protonen im Kern wird ein chemisches Element definiert.
Um den Kern herum befinden sich Elektronen, eine Störung des Gleichgewichts der elektrischen Ladung im Atom. Sie haben eine negative elektrische Ladung und unterstützen zusammen mit Protonen das Gleichgewicht der Ladungen im Atom. Die Anzahl der Elektronen in einem Atom kann unterschiedlich sein und bestimmt seine elektronische Konfiguration.
Atome verbinden sich durch chemische Bindungen miteinander und bilden Moleküle und verschiedene chemische Verbindungen. Das Verhalten von Atomen und ihre Fähigkeit, sich zu verbinden, bilden die Grundlagen der Chemie und erklären die vielen Phänomene und Reaktionen, die in der Natur und im Labor auftreten.
Die Struktur eines Atoms
Protonen haben eine positive Elementarladung, und ihre Anzahl bestimmt die Sequenznummer in der Tabelle der chemischen Elemente. Neutronen haben keine Ladung und ihre Anzahl kann bei Atomen desselben Elements variieren.
Die Anzahl der Elektronen in einem Atom bestimmt auch die Sequenznummer des Elements in der Periodentabelle. Elektronen befinden sich in mehreren Energieniveaus, auch bekannt als Atomhüllen. Das erste Energieniveau kann nicht mehr als 2 Elektronen enthalten, das zweite nicht mehr als 8 Elektronen, das dritte nicht mehr als 18 Elektronen und so weiter.
Die Struktur eines Atoms und die Anzahl der darin enthaltenen Elektronen bestimmen seine chemischen Eigenschaften und die Fähigkeit, chemische Bindungen mit anderen Atomen zu bilden.
Welche Teilchen bilden ein Atom?
- Protonen sind positiv geladene Teilchen, die sich im Kern eines Atoms befinden.
- Neutronen sind ladungsneutrale Teilchen, die sich auch im Kern eines Atoms befinden.
- Elektronen sind negativ geladene Teilchen, die sich auf verschiedenen Energieniveaus um den Kern drehen.
Die Wechselwirkung zwischen diesen Teilchen bestimmt die chemischen und physikalischen Eigenschaften eines Atoms. Die Anzahl der Protonen in einem Atom bestimmt seine Ordnungszahl und die chemischen Eigenschaften eines Elements, und die Anzahl der Elektronen und ihre Verteilung auf Energieniveaus bestimmt seine elektronische Konfiguration und chemische Aktivität.
Welche Art von Atom soll ich wählen?
Bei der Auswahl eines Atom-Typs sollten seine elektronische Struktur und chemische Eigenschaften berücksichtigt werden. Es gibt mehrere grundlegende Arten von Atomen, und jeder hat seine eigenen Eigenschaften und Anwendungen.
- Atom mit einer Valenzhülle: ein solches Atom hat eine Valenzhülle und kann eine chemische Bindung bilden. Diese Art von Atom wird häufig in Molekülen organischer Verbindungen verwendet.
- Atom mit zwei Valenzhüllen: ein solches Atom hat zwei Valenzhüllen und kann zwei chemische Bindungen bilden. Es wird häufig in Molekülen anorganischer Verbindungen wie Wasser gefunden.
- Ein Atom mit drei Valenzhüllen: diese Art von Atom hat drei Valenzhüllen und kann drei chemische Bindungen bilden. Diese Art von Atom ist in komplexen Molekülen üblich, beispielsweise in organischen Proteinverbindungen.
Die Wahl des Atom-Typs hängt von der spezifischen Aufgabe und den Anforderungen ab. Die Wechselwirkung von Atomen im Molekül, ihre Elektronegativität, die Stöchiometrie der Verbindung und andere Faktoren müssen berücksichtigt werden. Es ist auch wichtig, die Merkmale der Reaktion und ihre Kinetik zu berücksichtigen.
chemisches Element
Insgesamt sind in der Natur etwa 118 chemische Elemente bekannt, von denen die ersten 92 stabil und natürlich vorkommend sind. Die übrigen Elemente werden unter Laborbedingungen erhalten und haben eine sehr kurze Halbwertszeit.
Im Periodensystem der Elemente sind die chemischen Elemente in aufsteigender Reihenfolge ihrer Ordnungszahlen angeordnet. Die Ordnungszahl eines chemischen Elements bestimmt die Anzahl der Protonen im Kern dieses Elements. Die Anzahl der Elektronen im Atom eines chemischen Elements entspricht der Anzahl der Protonen sowie der Anzahl der Neutronen, es sei denn, das Element ist ein Ion.
Zum Beispiel gibt es in einem Kohlenstoffatom (C) 6 Protonen im Kern, daher hat es 6 Elektronen im neutralen Zustand. Wenn jedoch ein Kohlenstoffatom zu einem Ion wird, kann sich die Anzahl der Elektronen ändern und das Atom kann abhängig von der Anzahl der Protonen und Elektronen eine positive oder negative Ladung erwerben.
Chemische Elemente können in verschiedenen Gruppen und Perioden entsprechend ihren Eigenschaften und ihrer Struktur des Atoms kombiniert werden. Einige der bekanntesten Gruppen umfassen Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, schmelzstatische Metalle, Übergangsmetalle, Halbmetalle, Halogene und Edelgase.
Atommasse
Die Atommasse wird in atomaren Masseneinheiten (au) gemessen und als "A" bezeichnet. Sie ist eine Dezimalzahl und ist in der Regel keine ganze Zahl.
Das Atom eines gegebenen chemischen Elements kann mehrere Isotope haben, dh Atome mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen im Kern. Jedes Isotop hat seine relative Masse, die in Masseneinheiten ausgedrückt wird. Zur Berechnung der Atommasse muss der Beitrag jedes Isotops zur Gesamtmasse des Elements berücksichtigt werden.
Die Atommasse wird auf der Grundlage von Daten aus Spektroanalyse, Massenspektrometrie und anderen Methoden ermittelt. Es berücksichtigt die Masse aller Isotope und ihre relative Fülle in der Natur. Daher kann sich die Atommasse abhängig von der Isotopenzusammensetzung des Elements ändern.
Wenn man die Atommasse kennt, kann man die Anzahl der Elektronen in einem Atom bestimmen, da sie normalerweise der Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms entspricht. Solche Daten sind wichtig in Bezug auf chemische Reaktionen, physikalische Eigenschaften und viele andere Aspekte der Untersuchung von Elementen und ihren Verbindungen.
Elektronenkonfiguration
Die elektronische Konfiguration eines Atoms bestimmt die Verteilung von Elektronen über Energieniveaus und Unterebenen. Es besteht aus einer Folge von Zahlen und Buchstaben, die die Anzahl der Elektronen auf jeder Ebene und Unterebene bezeichnen.
Um die elektronische Konfiguration zu bestimmen, wird häufig die Hundemethode verwendet, bei der Elektronen die Energieniveaus in aufsteigender Reihenfolge ihrer Energie füllen.
Das erste Energieniveau hat eine maximale Kapazität von 2 Elektronen, das zweite hat 8 Elektronen, das dritte hat 18 Elektronen und so weiter.
Jedes Energieniveau besteht aus Unterebenen, die mit den Buchstaben s, p, d, f bezeichnet werden. s-Unterebenen können bis zu 2 Elektronen enthalten, p - bis zu 6 Elektronen, d - bis zu 10 Elektronen, f - bis zu 14 Elektronen.
Zum Beispiel sieht die elektronische Konfiguration eines Heliumatoms (He) wie 1s 2 aus . Die erste Zahl 1 steht für das erste Energieniveau und der Buchstabe s steht für die Unterebene s. Der obere Index 2 bedeutet, dass sich in dieser Unterebene 2 Elektronen befinden.
Das vollständige Ausfüllen der Energieniveaus und Unterebenen bestimmt die elektronische Konfiguration des Atoms.
- Die Anzahl der Elektronen auf jedem Energieniveau in einem Atom kann durch die Formel 2 * n ^ 2 bestimmt werden, wobei n die Nummer des Energieniveaus ist.
- Die Verteilung von Elektronen auf Unterebenen unterliegt der Hund-Regel und der Regel der geringsten Energie.
- Die elektronische Konfiguration eines Atoms liefert Informationen über seine Struktur und die Wechselwirkung mit anderen Atomen.
Was ist ein Elektron?
Elektronen können zwischen verschiedenen Energieniveaus in einem Atom wechseln und Energie in Form von Lichtphotonen absorbieren oder emittieren. Dieses Phänomen wird in der Quantenmechanik untersucht. Jedes Atom hat eine bestimmte Anzahl von Elektronen, die seiner Ordnungszahl entsprechen. Zum Beispiel hat ein Wasserstoffatom die Ordnungszahl 1, daher hat es ein einzelnes Elektron. Kohlenstoff, der die Ordnungszahl 6 hat, hat sechs Elektronen.
Beachten. die Anzahl der Elektronen kann sich beispielsweise ändern, wenn ein Atom ionisiert wird, wenn es Elektronen erhält oder verliert. Auch in Atomen, die sich auf externen Energieniveaus befinden, können Elektronen elektronische Wolken oder Orbitale bilden.
Eigenschaften von Elektronen
- Masse: Elektronen haben eine sehr geringe Masse, die ungefähr 9.1 x 10 ^-31 kg entspricht.
- Ladung: Die Elektronen haben eine negative Elementarladung von -1.6 x 10 ^-19 Cl.
- Spin: Elektronen besitzen einen Spin, der das innere Moment des Impulses ist. Der Elektronenspin kann nach oben oder unten zeigen.
- energetisches Niveau: In einem Atom befinden sich Elektronen auf Energieniveaus. Auf jeder Ebene kann eine bestimmte Anzahl von Elektronen vorhanden sein.
- Das Prinzip des Füllens von Energieniveaus: Das Prinzip der Befüllung mit elektronischen Schalen besagt, dass niedrigere Energieniveaus vollständig gefüllt werden, bevor sie zum nächsten Level übergehen.
- Spin-Quantenzahl: Für jedes Elektron ist eine Spin-Quantenzahl definiert, die +1/2 oder -1 / 2 sein kann.
Diese Eigenschaften von Elektronen spielen eine wichtige Rolle beim Verständnis der chemischen Struktur von Substanzen und deren Reaktionen.
Orbitale und elektronische Pegel
Atome können unterschiedliche Mengen an Elektronen enthalten, die sich auf unterschiedlichen Energieniveaus befinden. Diese Ebenen bilden sogenannte elektronische Wolken oder Orbitale.
Orbitale sind dreidimensionale Bereiche des Raums, in denen die größte Wahrscheinlichkeit besteht, Elektronen zu finden. Sie beschreiben die verschiedenen energetischen Zustände von Elektronen in einem Atom. Jedes Orbital kann eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen.
Elektronische Ebenen sind Gruppen von Orbitalen mit gleicher Energie. Die Ebenen werden mit den Buchstaben – s, p, d, f bezeichnet. s–Ebene ist ein Orbital, p–Ebene ist drei Orbitale, d–Ebene ist fünf Orbitale, f-Ebene ist sieben Orbitale.
Jedes Orbital kann je nach Spin eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen. Gemäß den Regeln zur Befüllung elektronischer Wolken werden die Orbitale abwechselnd gefüllt, beginnend mit den niedrigsten Energieniveaus.
Wenn man die Anzahl der Orbitale auf jeder elektronischen Ebene kennt, kann man die Gesamtzahl der Elektronen bestimmen, die ein Atom aufnehmen kann. Zum Beispiel kann die Stufe s maximal 2 Elektronen enthalten, die Stufe p ist 6 Elektronen, die Stufe d ist 10 Elektronen, die Stufe f ist 14 Elektronen.
| Ebene | Typ des Orbitals | Anzahl der Orbitale | Maximale Anzahl von Elektronen |
|---|---|---|---|
| s | Einfach kugelförmig | 1 | 2 |
| p | Dreiblättrig | 3 | 6 |
| d | Fünfspirale | 5 | 10 |
| f | Siebenspiral | 7 | 14 |
