Scheikunde voor Milieuwetenschappen 1
Samenvatting
Hoofdstuk 1: Atoombouw en periodiek systeem
1: Geschiedenis van het atoommodel
● Demokritus: alle materie is opgebouwd uit ondeelbare ‘basisbouwstenen’, atomen (‘atomos’).
● Thomson: het atoom bevat negatieve elektronen, dus het atoom moet een interne structuur
bezitten.
1.1: Atoommodel van Rutherford
● Rutherford: in een experiment waar hij alfadeeltjes op metaalfolie beschoot toonde Rutherford de
15 25 27
aanwezigheid van een kleine k ern (diameter ~10 m, massa tussen 10 en 10
kg)
aan, waar
praktisch de hele massa in zit.
10
○ de elektronen bevinden zich om de kern in een e lektronenwolk (diameter ~10 m).
19 31
○ de lading van een elektron is 1,6∙10 C, de massa van een elektron is 9,11∙10 kg.
19
○ in de kern zitten protonen (lading 1,6∙10 C) en
neutronen (geen lading), samen
nucleonen genoemd.
○ protonen, neutronen en elektronen worden samen s ubatomaire deeltjes genoemd.
● atoomnummer Z
: aantal protonen in de kern.
○ atomen zijn neutraal, dus aantal protonen = aantal elektronen.
● N
: aantal neutronen in de kern.
○ naarmate Z N
stijgt neemt in verhouding geleidelijk toe.
● massagetal A
: som van het aantal protonen en het aantal neutronen in de kern, Z + N.
● de deeltjes in de kern worden door de sterke kernkrachten (zie paragraaf 6) bijeengehouden.
● een element is een stof die alleen uit dezelfde atomen bestaat.
● elementen met Z> 92 (verder dan uranium) worden door middel van k ernreacties
gemaakt.
○ kernreacties spelen zich af tussen en in kernen van atomen. Ze verschillen dus van
chemische reacties , waarbij elektronen betrokken zijn.
● de symbolische weergave van een atoom is AZX ( 12
6 C ), waarbij X Binas 40A)
het atoomsymbool (
is.
○ het atoomnummer kan ook weggelaten worden, omdat het symbool al aangeeft welk
12
atoomsoort het is. Een andere schrijfwijze is dus XA C12)of A
( X(C).
● isotopen zijn atomen van eenzelfde element met een verschillend aantal neutronen in de
atoomkern.
○ de gemiddelde atoommassa is het gewogen gemiddelde van de elementen waarvan
meerdere isotopen in de natuur voorkomen.
● instabiele elementen kunnen een kernreactie ondergaan en zo radioactieve straling uitzenden
(zie paragraaf 6).
● de verhouding waarin bepaalde isotopen voorkomen kan informatie bieden.
○ de 15
N/ 14
N ratio kan informatie geven over het dieet van een dier.
34 32
○ de S/S ratio geeft informatie over de bron van zwavel.
● volgens de elektromagnetische theorie van Maxwell zouden atomen uit het atoommodel van
instabiel
Rutherford zijn, omdat de elektronen in de kern zouden moeten verdwijnen.
1
, 2: Atoommodel van Bohr
● Bohr bracht structuur aan in de elektronenwolk, en stelde zo een atoommodel op voor het
waterstofatoom.
● hij formuleerde twee kwantumpostulaten:
○ het elektron kan zich rond de kern bewegen in speciale banen ( n= 1, 2, 3, …). Hoe lager
de nwaarde, hoe dichter de baan bij de kern ligt en hoe kleiner de bijbehorende
hoeveelheid energie E .
○ het elektron kan naar andere banen springen. Als het naar een lagere baan springt
emitteert (zendt) het elektromagnetische straling uit met een hoeveelheid energie
volgens de relatie van Planck (het verschil in energie tussen beide banen): E = ΔE = E 2
E1= h∙ν
■ energie E J
in , constante van Planck h (6,626∙10 34
Js), frequentie νin
Hz
■ het elektron kan ook energie a bsorberen , en zo naar een hogere baan springen.
● de uitgezonden of geabsorbeerde energiepakketjes heten f otonen of
energiekwanten .
● atomen laten een specifiek lijnenspectrum zien: een emissiespectrum waar duidelijk ‘lijnen’ in te
zien zijn.
● de energie die het elektron heeft in een baan is het e nergieniveau , aangegeven met het
kwantumgetal n n
( = 1, 2, 3, …).
○ het elektron in het energieniveau gekarakteriseerd door n = 1 bevindt zich in de
grondtoestand .
○ het elektron is geheel los van de kern bij n = ∞ .
2.1: Emissiespectra en energieniveaus
● een emissiespectrum is het spectrum van de frequenties licht die stoffen uitzenden bij hogere
temperaturen.
○ vrijwel alle spectra zijn lijnenspectra, en deze zijn specifiek voor atomen en ionen.
● Balmer heeft voor de frequenties van de lijnen van het emissiespectrum van waterstof een
Balmerserie:ν = c RH (212 − n12 ) (
formule opgesteld, de n=
3, 4, 5, …)
c
○ lichtsnelheid (3∙108
ms1
), Rydbergconstante R 7 1
(1,097∙10
H m)
○ met de formule ΔE = h∙ν kan de energie van de lijnen berekend worden.
● de Balmerserie kan met het atoommodel van Bohr verklaard worden. Bohr formuleerde een
formule voor de energie van het elektron in het waterstofatoom: E =− h c RH n12
○ het energieverschil tussen twee banen is volgens deze formule: ΔE =− h c RH (n12 − n12 )
1 2
○ in de Balmerserie geldt n = 2
1 , en zo krijg je de Balmerformule (zie boven).
● andere series, met verschillende waarden voor n Lymanserie
1,zijn de n
( = 1
1 ) en de
Paschenserie n
( = 3
1
). Daarnaast geldt dat n2> n 1.
+ 2+
● het model van Bohr werkt goed voor atomen met één elektron (H, He , Li), maar niet voor
atomen met meer elektronen. Uit experimenten blijkt ook dat het model niet juist is.
3: Het kwantummechanisch atoommodel
● Schrödinger en Heisenberg stelden (onafhankelijk van elkaar) de theorie van de
kwantummechanica op. Hierin hebben elektronen zowel een deeltjes als een golfkarakter.
○ met behulp van de kwantummechanica werd het k wantummechanisch model
ontwikkeld, een nieuw model voor het waterstofatoom.
2
