Wikibooks

Basiskennis chemie/Classificatie van stoffen/Atomen

< Basiskennis chemie‎ | Classificatie van stoffen

Vereenvoudigd Atoommodel

Sinds de Griekse oudheid (Democritus) bestaat het idee dat alle stoffen zijn opgebouwd uit een beperkt aantal verschillende bouwstenen die permanent en onveranderbaar van aard zijn. Deze bouwstenen heten atomen. Het inzicht in het atoom is in de loop van de geschiedenis geëvolueerd en we weten nu dat een atoom zelf ook weer uit bouwstenen bestaat die een rol spelen in de chemie.

Geschiedenis

 

Ernest Rutherford: Kern en elektronen

Volgens de laat 19e eeuwse Ernest Rutherford bestaat een atoom uit een kern met daaromheen draaiend in een wolk de elektronen. De kern bindt de elektronen door middel van elektrische krachten: Positief en negatief trekken elkaar aan. De kern heeft een een positieve lading, de elektronen zijn negatief geladen. De elektronen hebben allemaal dezelfde negatieve lading. Omdat het atoom als geheel elektrisch neutraal is, heeft de kern een lading die een heel aantal keren de elektronlading is ,maar dan positief.

Rutherford
Kern
Elektronen

 
Omdat bij het werken met atomen, kernen en elektronen de eenheid van lading steeds de elektronlading is, wordt dit niet steeds erbij vermeld. Formeel zou men moeten zeggen: "de lading van de kern van een koolstofatoom is zes keer de lading van een elektron, maar dan wel positief". In de scheikunde wordt meestal gezegd: "de koolstofkern heeft een lading van zes plus". Voor elektronen geldt overeenkomstig: "Elektronen hebben een lading van één min."

Chemisch kort door de bocht

 

Niels Bohr: Elektronenschillen

In het begin van de 20e eeuw verfijnde Niels Bohr het model van Rutherford. Over de elektronen wordt vaak gesproken als elektronenwolk, maar ze bewegen wel op een gestructureerde manier. Elektronen volgen banen op bepaalde afstanden van de atoomkern. De elektronen die op gelijke afstand van de kern bewegen worden een elektronenschil genoemd. Het aantal elektronen in vooral de buitenste schil, de valentieschil, is belangrijk voor het chemische gedrag van atomen. Het aantal elektronen in de de buitenste schil bepaald het chemische gedrag van atomen, elementen.

Elektronschillen
Valentieschil

 
De schillen hebben alfabetische namen gekregen, beginnend bij de letter "K" (zie onderstaande tabel). De eerste schil, vlak in de buurt van de kern heeft ruimte voor twee elektronen. In de tweede schil, iets verder van de kern, kunnen nog eens acht elektronen een plaats vinden. Nog weer verder weg, de derde schil, is ruimte voor 18 elektronen. De volgende kan 32 elektronen bevatten.
Het totaal aantal elektronen dat een atoom kan bevatten wordt over de schillen verdeeld. Daarbij worden de schillen het dichtst bij de kern het eerst bezet, verder weg gelegen schillen later. De laatste elektronen komen in de buitenste schil, de valentieschil. Het aantal elektronen in de valentieschil is dus het totale aantal elektronen in het atoom min wat er al in een van de andere schillen een plek gevonden heeft. Het totale aantal elektronen is gelijk een de positieve lading van de atoomkern. Het aantal elektronen in de valentieschil, en daarmee de chemische eigenschappen, is dus het gevolg van de kernlading! Je kunt ook zeggen: Atomen met een verschillende kernlading horen bij verschillende elementen.

Elektronen per schil
S orbitaalid.png

 
Tabel: Verdeling elektronen over de schillen.
SchilNr Naam Maximaal aantal e_ Eerst Dan Daarna Nog later
1 K 2 2
2 L 8 2 6[1]
3 M 18 2 6 10
4 N 32 2 6 10 14
5 O 50 2 6 10 14[2]
6 P 72 2 6 [2]
7 Q 98 2 [2]

Toepassen op verschillende atomen

  • Het eenvoudigste atoom is waterstof. Het bestaat uit een kern met een lading 1+ waaromheen één elektron beweegt met een lading 1- (1 min).
  • Als er twee elektronen om de kern bewegen, heeft de kern een lading van 2+. Dit is het geval voor helium.
Met twee elektronen is de ruimte direct in de buurt van de kern vol. Volgende elektronen vinden een plaats op een grotere afstand van de kern.

1ste-schil
K-schil

 
  • Voor het element met drie elektronen, lithium, moet het derde elektron in de tweede schil geplaatst worden.
  • Beryllium heeft twee elektronen in de tweede schil, boor 3, koolstof 4, stikstof 5, zuurstof 6, fluor 7 en neon 8. Hiermee is de tweede schil vol.

2e-schil
L-schil

 
  • In natrium, een element met een kernlading van elf plus, zijn 11 elektronen nodig. Twee daarvan passen in de K-schil en 8 in de L-schil. Het elfde elektron zal in de M-schil geplaatst moeten worden.
  • Voor de elementen magnesium, aluminium, silicium, fosfor, zwavel chloor en argon geldt dat er steeds een elektron meer in de M-schil geplaatst wordt.

3e-schil
M-schil

 
  • De M-schil is daarmee voorlopig even vol. Voor kalium, met een kernlading van 19+ betekent dit dat het laatste elektron een plek vindt in de N-schil
  • Ook bij calcium, kernlading 20+, wordt het laatste elektron in de N-schil geplaatst.
  • Vanaf het element met een kernlading van 21+ tot 30+ wordt steeds een extra elektron in de M-schil geplaatst, zodat deze dan ook echt vol is (zie het schema in de tabel).
  • Voor de elementen met een kernlading van 31+ tot en met 36+ wordt de N-schil opgevuld tot 8 elektronen.
Zie verder bij het onderwerp periodiek systeem

4e-schil
N-schil

 
  1. ↑ In de bespreking van de verschillende atomen op deze pagina merk je weinig van deze tweedeling. In een aantal reacties wordt het toch duidelijk dat die er wel is. Zie Samengestelde ionen)
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Er zijn geen elementen bekend die de verdere ruimte in deze schil gebruiken voor hun elektronen, er is ruimte voor het aantal dat erboven in de kolom staat..
Informatie afkomstig van https://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.