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atom

Alle Materialien bestehen aus Materie und die grundlegende Einheit der Materie ist das Atom .

Atom ist:

• Die Grundeinheit der Materie.
• Das kleinste Teilchen eines Elements, das für sich allein existieren kann, aber nicht muss.
• Atome lassen sich weiter in Protonen, Elektronen und Neutronen unterteilen.

Grundstruktur eines Atoms:

• Atome bestehen aus subatomaren Teilchen – Protonen, Elektronen und Neutronen.
• Im Atomkern befinden sich Protonen und Neutronen. Der Atomkern befindet sich im Zentrum des Atoms.
• Die Elektronen kreisen auf Bahnen um den Atomkern.

P : Protonen, N : Neutronen, E : Elektronen

Proton: Subatomares Teilchen mit positiver Ladung (+1) und Einheitsmasse (1). Das Proton ist ein positiv geladenes Teilchen, das sich im Zentrum des Atoms im Atomkern befindet. Das Wasserstoffatom ist einzigartig, da es in seinem Kern nur ein einziges Proton und kein Neutron hat. Die Anzahl der Protonen im Atomkern, die für ein chemisches Element charakteristisch ist, bestimmt seinen Platz im Periodensystem.

Neutron: Subatomares Teilchen ohne Ladung (0) und Einheitsmasse (1). Das Neutron hat keine Ladung. Die Anzahl der Neutronen beeinflusst die Masse und die Radioaktivität des Atoms.

Elektron: Subatomares Teilchen mit negativer Ladung (-1) und vernachlässigbarer Masse. Elektronen sind die kleinsten Teilchen in einem Atom. Sie werden von der positiven Ladung der Protonen angezogen, weshalb sie um den Atomkern kreisen. Elektronen sind viel kleiner als Neutronen und Protonen.

Kräfte in einem Atom

Die Bestandteile eines Atoms werden durch drei Kräfte zusammengehalten. Protonen und Neutronen werden durch starke und schwache Kernkräfte zusammengehalten.

Elektrische Anziehung hält Elektronen und Protonen zusammen. Während elektrische Abstoßung Protonen voneinander abstößt, ist die anziehende Kernkraft viel stärker als die elektrische Abstoßung. Die starke Kraft, die Protonen und Neutronen zusammenhält, ist 1038-mal stärker als die Schwerkraft, wirkt aber nur auf sehr kurze Distanz, sodass die Teilchen sehr nahe beieinander sein müssen, um ihre Wirkung zu spüren.

Ordnungszahl eines Atoms

Die Ordnungszahl eines Elements entspricht der Anzahl der Protonen im Atom eines Elements oder der Anzahl der Elektronen im Atom eines Elements.

Daher sind Atome elektrisch neutral, da die Anzahl der Protonen gleich der Anzahl der Elektronen ist.

Massenzahl eines Atoms

Da die Masse eines Elektrons vernachlässigbar ist, ist die Masse eines Atoms die Summe der Masse der im Kern vorhandenen Protonen und Neutronen.

Lassen Sie uns dies anhand einiger Beispiele verstehen.

Wasserstoffatom: Es wird als \(\large_1^1 H\) geschrieben. Ein Wasserstoffatom hat 1 Proton, 1 Elektron und 0 Neutronen.

Die Ordnungszahl des Wasserstoffatoms ist = p = e = 1

Die Massenzahl des Wasserstoffatoms ist = p + n = 1

Sauerstoffatom: Es wird als \(\large_{8}^{16} O\) geschrieben. Es hat 8 Protonen, 8 Elektronen und 8 Neutronen.

Die Ordnungszahl des Sauerstoffatoms ist = p = e = 8

Die Massenzahl des Wasserstoffatoms ist = p + n = 8 + 8 = 16

Wie sind die Elektronen in diesen Umlaufbahnen verteilt?
Elektronen kreisen auf einer imaginären Bahn um den Atomkern, die als Umlaufbahn oder Schale bezeichnet wird. Die erste Schale ist K (Energieniveau 1, n = 1), die zweite Schale ist L (Energieniveau 2, n = 2), dann folgt M -Schale (n = 3) und so weiter. Die Anzahl der Elektronen in jeder Schale wird mit der folgenden Regel bestimmt:

Maximale Anzahl von Elektronen in jeder Schale = 2 × n ²

• K -Schale = 2n ² = 2×1 = 2 Elektronen
• L -Schale = 2n ² = 2×2 ² = 2×4 = 8 Elektronen
• M -Schale = 2n ² = 2×3 ² = 2×9 = 18 Elektronen
• Die äußerste Schale kann nicht mehr als 8 Elektronen haben.

Beispiel:

1) Natriumatom : Die Anzahl der Protonen und Elektronen beträgt 11 und die Anzahl der Neutronen 12. p = 11, e = 11, n = 12
Die elektronische Konfiguration fürNa Atom lautet:

2) Stickstoffatom: p = 7, e = 7, n = 7

Die elektronische Konfiguration für ein Stickstoffatom lautet:

Atomgewicht [Relative Atommasse]

Die relative Atommasse oder das Atomgewicht eines Atoms wird definiert als die Anzahl der Male, die ein Atom eines Elements schwerer ist als \(^1/_{12}\) eines Kohlenstoffatoms.

Isotope

Isotope sind Atome desselben Elements mit derselben Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahl. Beispiel: Drei natürlich vorkommende Isotope von Wasserstoff sind Tritium \(\large_1^3 H\) : p = e = 1, n = 2
Deuterium \(\large_1^2 H\) : p = e= 1, n = 1
Protium \(\large_1^1 H\) : p = e = 1, n = 0

Stabile elektronische Konfiguration und instabile elektronische Konfiguration

Ein Atom hat eine instabile elektronische Konfiguration, wenn

• Ihre Valenz/äußerste Schale ist unvollständig.
• Sie neigen dazu, durch das Teilen oder Gewinnen/Verlieren von Elektronen eine stabile elektronische Konfiguration zu erreichen.
  Daher haben alle oben genannten Beispiele Natrium ( \(Na\) ), Stickstoff ( N ), Sauerstoff ( O ) und Wasserstoff ( H ) eine instabile elektronische Konfiguration.

Edelgase haben eine stabile Elektronenkonfiguration, da ihre äußere Schale vollständig ist. Beispiel:
Helium ( He ) - Elektronenkonfiguration: 2
Neon ( Ne ) - Elektronische Konfiguration 2, 8

Wie erlangt das Atom mit instabiler Elektronenkonfiguration Stabilität?
Sie verbinden sich mit den Atomen anderer Elemente. Verbindende Atome verteilen ihre Elektronen neu, sodass jedes verbindende Atom eine stabile Konfiguration des nächstgelegenen Inertgases erreicht (prüfen Sie das nächstgelegene Inertgas für Na und Cl ). Lassen Sie uns dies anhand eines Beispiels verstehen:

Na Atom : Elektronische Konfiguration: 2,8,1
(das nächste Inertgas ist Ne , Ordnungszahl 10)
Cl Atom : Elektronische Konfiguration: 2, 8, 7
(das nächste Inertgas ist Argon, Ordnungszahl 18)

Die Natriumatome ( Na ) und Chloratome ( Cl ) verbinden sich zur Natriumchloridverbindung ( NaCl ) :
Na Atom verliert ein Elektron aus der äußeren Schale, um Stabilität zu erreichen [2, 8], und das Cl Atom nimmt dieses Elektron auf, um seine äußere Schale zu vervollständigen und Stabilität zu erlangen [2,8,8].

Bitte beachten Sie, dass es sehr schwierig ist, den genauen Standort eines Elektrons anzuzeigen, da ein Elektron fast keine Masse hat und mit unglaublicher Geschwindigkeit um das Elektron kreist. Aus diesem Grund werden Elektronen häufig als negativ geladene Wolken um den Kern herum dargestellt. Orbitale zeigen Elektronen in unterschiedlichen Energiezuständen, die den Kern umgeben. Je weiter wir uns vom Kern entfernen, desto höher wird das Energieniveau. Das einzige Elektron im höchsten Energiezustand oder in den äußersten Orbitalen nimmt an der chemischen Reaktion teil. Diese werden Valenzelektronen genannt und sind an der chemischen Bindung zwischen Atomen beteiligt.

Es gibt verschiedene Theorien , die die Natur des Atoms erklären.