Natuur, leven en techniek (Deel 1: Chemie)
College 1: eigenschappen materie en eenvoudige atomen
Chemie dit is het gedrag en structuur van een materiaal.
Om verschillende dingen te kunnen meten zijn er verschillende meeteenheden het leven ingeroepen,
voorbeelden hiervan zijn:
- Lengte, aangegeven met meter
- Volume, aangegeven met liter
- Massa, aangegeven met gram
- Energie, aangegeven met joule
- Temperatuur, aangegeven met verschillende meeteenheden (Celsius, Kelvin, Fahrenheit)
Massa is verder niet hetzelfde als gewicht. Massa is
namelijk de hoeveelheid materie in een object, dit
zorgt voor aantrekkingskracht van zwaartekracht
tussen objecten. Gewicht is daarentegen de metng
van deze aantrekkingskracht van zwaartekracht tussen
objecten. Je kan dus zeggen massa leidt tot gewicht.
Temperatuur heef verschillende meeteenheden:
Bij het absolute nulpunt, ofewel
0 K(elvin), staat alles stl.
1
,De atoom:
Atomen zijn de bouwstenen van alles. Het zijn de
kleinste deeltjes waaruit mensen uit zijn
opgebouwd. Atomen bestaan uit protonen en
neutronen (de kern) en de elektronen.
Hierbij hebben de protonen een positeve lading,
de neutronen geen lading en de elektronen een
negateve lading. ,n het algemeen (dus normaal)
hebben atomen een neutrale lading, ofewel
evenveel protonen als elektronen. Verder heef de
atoom massa en trekken de atomen elkaar aan.
Gezamenlijk kunnen de atomen moleculen gaan
vormen.
Verder is het zo dat de kern het grotendeel van de
massa bezit van de atoom, hieromheen komen de elektronen gestructureerd voor. De elektronen en
de kern worden niet naar elkaar aangetrokken, wat dus wel van nature hoort te zijn (positef geladen
en negatef geladen trekken elkaar aan), er moet dus iets anders zijn wat ervoor zorgt dat ze niet
naar elkaar worden getrokken de elektronen bewegen.
Naast de verschillende atomen staan 2 nummers (denk maar aan periodiek stelsel):
- Het atomisch nummer: dit geef het aantal protonen aan, dit is gelijk aan het aantal
elektronen, ofewel het atomisch nummer geef het aantal protonen aan EN het aantal
elektronen (dit is gelijk aan elkaar).
- Het massa nummer: dit is het aantal protonen + neutronen
Het waterstof atoom is het enige
atoom met hetzelfde atoom- en
massanummer.
Zoals hiervoor verteld hoort een
atoom een neutrale lading te
hebben, maar dit is niet altjd zo.
Deze atomen die hiervan afwijken (dus geen neutrale lading hebben) worden isotopen genoemd.
Hierbij is het zo dat hoe hoger het massagetal is hoe groter de afwijking protonen-neutronen wordt,
hierdoor wordt de kans op isotopen groter.
Verder hebben de elektronen van de atoom een bepaalde hoeveelheid energie. De atoom probeert
ervoor te zorgen een zo gunstg mogelijke energietoestand te bereiken. Dit is afankelijk van de
elektronen schillen (hier kom ik later op terug). Deze optmale energietoestand houdt in: of de
‘orbital’ schil volledig is gevuld met elektronen, half gevuld met elektronen of niet gevuld met
elektronen. Maar natuurlijk kan het voorkomen dat dit niet het geval is (deze gunstge situate).
Deze verdeling van de elektronen noemen we de elektron confgurate. De elektronen in de buitenste
schil (dus de elektronen die zich het verst van de kern bevinden) worden de valente elektronen
genoemd. Het is belangrijk om te weten hoeveel valente elektronen er zijn, omdat ze voor de type
bindingen tussen atomen in verbindingen, moleculen en kristallen zorgen.
2
,College 2: atoom, aufau en elektronenconfguraae
Je kan energie toevoegen aan atomen, deze komen terecht bij de elektronen. Kort hierna wordt
deze toegevoegde energie weer uitgezonden. Dit wordt het ‘line emission spectra’ genoemd. Met
andere woorden de verandering van een atoom door het toevoegen van energie, waarna de atoom
kort hierna weer naar zijn oorspronkelijke staat terugkeert.
Een goed voorbeeld van deze ‘line emission spectra’ is om deze uitgezonden energie door een prisma
te laten gaan. Door bijvoorbeeld energie toe te voegen aan waterstof wordt uiteindelijk de energie
uitgezonden (door het prisma) waarna er 4 kleuren verschijnen op de muur. Dit geef aan dat er 4
verschillende energieniveaus te vinden zijn in waterstof die maar 1 elektron heef. Zo heef elk
atoom een uniek aantal (en verschillende) kleuren, ofwel energieniveaus.
Onze visie op de atoom:
,n het begin van de 20ste eeuw dacht men dat elektronen in een baan om de kern heen bewoog
(oorspronkelijke kijk op de atoom). Meneer Bohr stelde vast dat deze oorspronkelijke kijk op de
atoom fout was. Hij kwam met de kwantum of golf mechanica. Dit houdt in dat elektronen (e-) in
bepaalde banen rondom de kern kunnen voorkomen. Het is hierbij beperkt tot de kwantteit aan
energie binnen het atoom.
Meneer Schrödinger ging verder op dit idee, dat elektronen zich gedragen als een golf. Hij kwam met
de golf vergelijking (wave equaton). Het oplossen van deze vergelijking geef als oplossing een golf
functe (wave functon = Ψ), hierbij geef elke golf functe de toegestane hoeveelheid energie die een
elektron mag hebben aan.
Verder kwam meneer Heisenberg erachter dat je niet de precieze plek van een elektron te weten kan
komen.
De elektronen zijn nu op de volgende manier gerangschikt in atomen:
1. Je hebt de ‘levels’ (n)
2. Je hebt de ‘sublevels’ (l)
3. Je hebt de ‘orbitals’ (ml)
Je kan deze rangschikking ook zien als de kwantum getallen.
Hierbij geven ze hoofdzakelijk 3 dingen aan van de atoom (en zeggen hiermee iets over het gedrag
van de elektron):
1. De (n) dit geef het energieniveau aan. Er zijn op dit moment energieniveau 1 t/m 7 te
vinden. Hoe groter het energieniveau hoe groter de ruimte is waarin elektronen zich kunnen
bewegen.
3
, 2. De (l) dit geef de baan van de elektron aan, ofwel vorm van de atoom. Op het moment zijn
er 4 verschillende hoofvormen te vinden in een atoom s,p,d,f. De elektronen kunnen zich
alleen binnen deze vorm bewegen.
3. De (ml) dit geef welke precieze vorm binnen de hoofdvorm het atoom heef en dus hiermee
wat de baan van de elektron is. Het gaat hierom op welke as een ‘orbital’ (l) is
geconcentreerd. Hierbij is er nog een zogenoemde ‘planar node’ waar geldt dat dit een punt
is waar geen enkele elektron zich kan bevinden (het middenpunt binnen de verschillende
vormen)
Maar er is hiernaast nog een 4de kenmerk (kwantum getal) van een atoom dat nodig is, het gaat hier
om een kenmerk dat niks te maken heef met kwantum golven:
4. De (s) van spin dit geef aan of het elektron met de klok meedraait of tegen de klok indraait.
Bedenk wel dat hierbij het ‘Pauli Exclusion Principle’ geldt. Dit houdt in dat twee elektronen binnen
een atoom nooit dezelfde 4 kwantum getallen heef. Ze kunnen dus wel drie dezelfde kwantum
getallen hebben, maar niet 4 dezelfde.
Het vullen van een atoom:
Het vullen van een atoom met elektronen gaat volgens het ‘aufau principe elektronen nemen eerst
de plaatsen in met de laagst mogelijke energie en als laatst met de hoogst mogelijke energie, met
andere woorden van energieniveau 1 naar energieniveau 7 opvullen. Dit is de kern van de chemie.
4
