Hoofdstuk 1: De atoomstructuur van de materie
1. Atomen en moleculen
1.1. Zuivere stoffen en mengsels
Zuivere stof: materiesoort die in bepaalde fysische toestand homogeen is, welbepaalde
chemische samenstelling en constante chemische eig. heeft.
Mengsel: tegengestelde van een zuivere stof. Mengsels zijn heterogeen en hebben
verschillende fysische en/of chemische eig. in verschillende punten van volume
waarin mengsel voorkomt.
Bv. Mengsel van water en ijs: heterogeen en dichtheid ijs ≠ dichtheid water
Fase: homogeen deel van een heterogeen geheel, afgegrensd door fasegrenzen.
Bv. dichtheid bij water en ijs is anders, maar chemische eig. zijn gelijk
1.2. Moleculen, samengestelde en enkelvoudige stoffen
Molecule: kleinste hoeveelheid van de zuivere stof met dezelfde, constante chemische
samenstelling.
Atoom: moleculen zijn opgebouwd uit atomen. Kleinste chemische materiedeeltjes waaruit
moleculen zijn opgebouwd. Behouden hun identiteit in chemische reacties, en
worden tijdens chemische reacties uitgewisseld tussen regerende moleculen.
Element: bepaalde atoomsoort (atoomsoorten verschillen in massa, volume, andere eig., …)
Enkelvoudige stof: opgebouwd uit atomen van éénzelfde element (bv. H2, O2)
Samengestelde stof: opgebouwd uit atomen van verschillende elementen (bv. H 2O)
1.3. Atomen en de subatomaire deeltjes
Atomen in gasfase:
- Rond met diameter 1 . 10-10 tot 5 . 10-10 m
- Massa: 1 . 10-27 tot 400 . 10-27 kg
- Elektrische neutraal: draagt netto geen + of – lading (evenveel p+ als e-)
- 2 hoofdbestanddelen:
- Kern: protonen lading = 1,602 . 10-19 C (1 . 10-15 m en 1,673 . 10-27 kg)
neutronen geen lading (1 . 10-15 m en 1,675 . 10-27kg) -
-19 -13 à -14 -31
elektron: negatieve lading = -1,602 . 10 C (1 . 10 m en 9,109 . 10 kg)
Besluit: - Atoom is elektrisch neutraal: np = ne
- Massa atoom = som van alle p+ en n0 maal hun massa (enkel massa kern doet ertoe,
massa e- is te klein)
- omvang atoom: bepaald door de banen van de e- = elektronenwolk
1
,2. De chemische elementen
2.1. Kenmerken en grootheden van de elementen
Atoomsoorten: hebben eigennamen, voorgesteld door hoofdletter (bv. C, Cl, Ca, Pb, Zn)
Atoomnummer Z: aantal p+ in de kern kernlading in e (e = 1,602 . 10-19C) (np = ne)
Massagetal A: som p+ en n0 in de kern
A 35
Notatie: Z X (bv. 17Cl: 17 e-, 17 p+, 18 n0)
Atoommassa m: welbepaalde massa van een atoom van een element
Bv. m (27Al) = 27 . 1,7 . 10-27kg
= 4,6 . 10-26kg
Relatieve atoommassa mR: referentie-atoom 126C met massa van 12 eenheden
12
massa van 6C
1u=
12
Massagetal van atoom is ongeveer gelijk aan de relatieve atoommassa van het atoom
(bv. mR (35Cl) = 35)
Relatieve atoommassa’s zijn geen gehele getallen:
- De atoommassa’s van proton en neuron zijn licht verschillend en niet gelijk aan 1,00u
- Elektron heeft massa, maar wordt verwaarloosd
- Massa-defect: bij vorming kern uit p+ en n0 E komt vrij ten koste van massa van
reagerende deeltjes massa verlies (afwijking stijgt bij groter atoom)
1 u = 1.6606 . 10-27 kg
Isotopen:
- Atomen die verschillen door aantal neutronen in de kern
- Hebben zelfde atoomnummer Z, maar andere massagetallen A (ook ≠ massa’s)
chemische eig. zijn constant, maar fysische niet
- Isotopenabundantie: samenstelling van isotopenmengsel (%)
- Chemische eig.: bepaald door e-, onafhankelijk van aantal n0
- Fysische eig.: bepaald door massa atomen isotopen hebben andere fysische eig.
AR van een natuurlijk element:
- Rekening houden met procentueel voorkomen isotopen
- Bv. 63Cu 69.09% en 65Cu 30.91% AR(Cu) = 0.6909 . 62.9298 + 0.3091 . 64.9278
= 63.5473
Mol: eenheid van hoeveelheid van een materiestof
Constante van Avogadro: L = 6.0221 . 1023 mol-1 (getalwaarde NA = 1/u)
2
,Molaire massa MM: massa van 1 mol atomen X (g/mol)
Illustratie massadefect:
- E = mc² (Einstein)
- Dus ∆ m=∆ E/c ²
- Chemische reactie: ∆ E is klein dus ∆ m is ook klein (verwaarloosbaar)
- Kernreactie: ∆ E is groot dus ∆ m is ook groot (niet verwaarloosbaar)
voor chemische reacties is de massa constant, maar bij kernreacties niet
(alles in de natuur streeft naar zo laag mogelijke E)
2.2. Het periodiek systeem der Elementen
Wet van de Periodiciteit van de Elementen: de eigenschappen van de elementen zijn een
periodische functie van het atoomnummer.
Periodiek systeem van de elementen:
- Vervolledigde vorm van de oorspronkelijke tabel va Mendeleev (1869)
- Groepen van elementen, in volgorde van toenemend atoomnummer, zo onder elkaar
schuiven dat elementen met zelfde eig. onder elkaar staan in kolom staan
Perioden: horizontale rijen
Groep: verticale kolommen (Romeinse cijfers)
Hoofdgroepen: speciale naam of genoemd naar 1e element
1) Alkalimetalen 4) Koolstofgroep 7) Halogenen
2) Aardalkalimetalen 5) Stikstofgroep 8) Edelgassen
3) Boorgroep 6) Zuurstofgroep
Nevengroepen: zijn overgangsmetalen
Het atoomnummer:
- Atoomnummer element af te leiden door positie tegenover edelgassen
- Bv. Ga: element van hoofdgroep III, periode 4 5 vakjes naast edelgas Kr 36
atoomnummer Ga = 36 – 5 = 31
Fysische en chemische eigenschappen:
- Elke periode: fysische en chemische eig. veranderen op zelfde systematische wijze
- Elke groep: elementen die overeenstemming tonen qua fysische/chemische eig.
Globaal chemisch karakter van atomen van elementen
3
, - Metalen (links) met metaalkarakter:
- groep: metaaleig. nemen toe van boven naar onder ↓
- periode: metaaleig. nemen toe van rechts naar links
- Niet-metalen (rechts) met niet-metaalkarakter:
- groep: eig. nemen toe van beneden naar boven ↑
- periode: eig. nemen toe van links naar rechts
- Overgangsmetalen (≠ overgangselementen): hebben metaal en niet-metaalkarakter
Elektronenstructuur van de atomen van de elementen
- Groepsnummer hoofdgroep: geeft aantal valentie-elektronen weer
- Eigenschappen die samenhangen met de elektronenstructuur van de atomen
2.3. Ionen
Ionen: geladen atomen of atoomgroepen
- Kation: positief: verliest e-
- Anion: negatief: krijgt e-
Metalen: elektropositieve elementen bereiken gemakkelijkste edelgasconfiguratie door
verlies van e-
Niet-metalen: elektronegatieve elementen bereiken gemakkelijkste edelgasconfiguratie
door opname van e-
Poly-atomische ionen: bestaan uit meerdere atomen (bv. SO42- ) ≠ mono-atomische ionen
3. De elektronenstructuur van atomen
Elektronenstructuur/elektronenconfiguratie: verdeling van e- over verschillende
energieniveaus in atoom
Stabiele toestand: naarmate in een proces meer E vrijkomt en de E-inhoud dus meer
negatief of lager wordt, gaat het atoom naar een meer stabielere
toestand/grondtoestand (e- dichter bij kern)
3.1. Opstelling van de elektronenconfiguratie van een atoom
Opbouwprincipe: 1 voor 1 e- toevoegen op laagst beschikbare energieniveau
- Energie van e- in atoom beoordelen door 4 kwantumgetallen
- Hoofdkwantumgetal n: geheel getal uit reeks n = 1, 2, 3, 4, 5, …
- Nevenkwantumgetal l: waarden van 0 tot n-1 aannemen
- Magnetische kwantumgetal m: gehele getalwaarden aannemen van -l (L) tot +l
- Spinkwantumgetal s: 2 waardes aannemen +1/2 en -1/2
- n = 1 K schil - l = 0 s-elektron
4
