Ionisierung von Atomen ionisierungsenergie Hilfe?
Hallo
Ich versteh dieses arbeitsblatt überhaupt nicht die erste Aufgabe habe ich gemacht doch bei dem Rest bin ich mir unsicher. Es wäre echt nett wenn mir jemand helfen könnte.
2 Antworten
Moin,
du hast im Kommentar zur Antwort von anwesende geschrieben, dass ihr Valenzelektronen und Oktettregel nicht hattet. Mag sein, dass du diese Begriffe nicht kennst, aber die dahinter steckenden Sachverhalte kennst du sicher.
Valenzelektronen ist einfach ein anderes Wort für Außenelektronen. Und das sind die Elektronen, die im äußeren Hauptenergieniveau (in der äußeren Schale) sind. Davon hast du doch schon gehört, oder?
Und die Oktettregel ist eine - wie ich finde - veraltete und schlechtere Version der Edlegasregel. Daher ist es vielleicht ganz gut, dass du sie nicht kennst (zumal sie streng genommen ohnehin nur für die Nichtmetalle der 2. Perioden im Periodensystem der Elemente, PSE, gilt...).
Um den Rest gut nachvollziehen und verstehen zu können, machen wir einen kurzen Abstecher zur 8. Hauptgruppe (HG) im PSE, der Edelgasgruppe. Hier findest du die Elemente Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon und Oganesson.
Die Edelgase heißen so, weil sie „zu edel sind”, um mit anderen Elementen Verbindungen einzugehen. Es gibt zwar eine Handvoll Edelgasverbindungen, aber die sind nur mit den reaktionsfreudigsten Elementen Fluor oder Sauerstoff und mit Abstrichen eventuell noch Chlor oder Natrium möglich und in der Regel nur unter höchst unnatürlichen Bedingungen (tiefer Minusbereich der Temperatur und / oder riesiger Druck) stabil zu halten. Vereinfacht kannst du dir deshalb merken: Von den Edelgasen gibt es unter natürlichen Bedingungen keine stabilen Verbindungen.
Warum ist das so? - Nun, Edelgasatome sind die einzigen Atome, die von Natur aus nur mit Elektronen voll besetzte Schalen haben. Also sind bei ihnen nicht nur die inneren Schalen vollbesetzt, sondern auch und vor allem die Außenschale. Das scheint offenbar eine energetisch sehr günstige Anzahl und Verteilung von Elektronen zu sein. Diese sogenannte Edelgaskonfiguration ist so stabil, dass jede Veränderung nachteilig ist. Und weil beim Zustandekommen von Verbindungen zwischen Atomen von Elementen stets die Elektronenkonfiguration (der äußeren Schale) verändert wird, sind Edelgasatome daran nicht besonders interessiert, verstehst du?! Gleichzeitig hast du hiermit auch den Grund gefunden, warum die Atome der anderen Elemente so munter miteinander reagieren und Verbindungen bilden. Sie erhalten dadurch nämlich die Möglichkeit, in ihren eigenen Elektronenhüllen einen Zustand zu erreichen, wie sie Edelgase von Natur aus haben. Die günstige Edelgaskonfiguration ist also die „Triebfeder” für die Atome der anderen Elemente, miteinander zu reagieren und Verbindungen einzugehen.
Nachdem das geklärt ist, kommen wir mal zu deinem Diagramm zurück. Du kannst hier sehen, wie groß die Ionisierungsenergie für das jeweils erste Elektron aus den Atomen der ersten 26 Elemente ist. Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die aufgebracht werden muss, um ein Elektron aus einem kleinsten Teilchen (hier einem Atom) zu entfernen.
Warum muss dafür überhaupt Energie aufgebracht werden? - Weil die Elektronen in der Hülle von den Protonen im Kern angezogen werden. Diese Anziehungskraft muss überwunden werden, um das Elektron aus dem Atom zu entfernen und das kostet natürlich Energie.
Was sieht man noch? Man sieht, dass es verhältnismäßig viel Energie erfordert, ein Elektron aus einem Wasserstoffatom zu entfernen (erste Säule links). Das ist auch kein Wunder, denn ein Wasserstoffatom hat nur die K-Schale (also die Schale, die bei den anderen Atomen (außer Helium) die inner(st)e Schale ist. Je näher eine Schale am Atomkern ist, desto größer ist die Ionisierungsenergie (vgl. Abbildung links oben auf deinem mitgelieferten Bild). Außerdem hat ein Wasserstoffatom auch nur ein einziges Elektron, das von genau einem Proton im Kern angezogen wird. Es sind also keine weiteren Elektronen in der Hülle, die das zu entfernende Elektron abstoßen oder vom Kern abschirmen könnten. Fazit: Es ist logisch, dass die Ionisierungsenergie bei einem Wasserstoffatom relativ hoch ist.
Aber viel höher ist sie bei einem Heliumatom (zweite Säule von links), denn hier bedeutet die Entfernung eines Elektrons gleichzeitig auch noch die Zerstörung des energetisch so günstigen Edelgaszustandes. Dass die Ionisierungsenergie nicht gleich doppelt so groß ist wie beim Wasserstoffatom hängt damit zusammen, dass hier zwei Elektronen in der K-Schale sind. Diese Elektronen stoßen sich aufgrund der gleichen Ladung elektrostatisch voneinander ab, was den Austritt eines Elektrons etwas erleichtert. Aber die Differenz zum Austritt eines Elektrons im Vergleich zum Wasserstoff liegt vor allem daran, dass hier der Edelgaszustand zerstört wird.
Damit sind wir auch schon beim nächsten Atom, dem Lithium (dritte Säule von links). Hier siehst du zum ersten Mal in dem Diagramm das Phänomen des Energiesprungs. Dieser Energiesprung zeigt, dass es offenbar relativ wenig Energie kostet, ein erstes Elektron aus einem Lithiumatom zu entfernen. Aber auch das sollte dir jetzt leicht verständlich sein. Die Entfernung eines Elektrons aus einem Lithiumatom führt nämlich dazu, dass das entstehende Lithiumkation nach der Entfernung eines Elektrons die Elektronenkonfiguration des Edelgases Helium erreicht. Und von der wissen wir ja jetzt, dass sie energetisch besonders günstig ist. Mit anderen Worten: die Entfernung eines Elektrons aus der Atomhülle eines Lithiumatoms führt zu einer besonders stabilen Elektronenkonfiguration (nämlich der Edelgaskonfiguration des Heliums).
Die nächsten ersten Ionisierungsenergien steigen dann wieder an. Das ist auch logisch, weil die Elektronen von zunehmend mehr Protonen im Kern bei ansonsten gleich bleibender Schale angezogen werden.
Warum dabei innerhalb der Periode auch noch kleinere Sprünge zu sehen sind, hat etwas mit dem Feinbau der Schale zu tun. Sie ist nämlich noch einmal in verschiedene Aufenthaltsräume aufgeteilt, in denen die Elektronen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit anzutreffen sind (sogenannte „Orbitale”). Aber das zu erklären, ist für dich wahrscheinlich noch etwas zu kompliziert.
Darum halten wir hier nur fest: Nach einem (deutlichen) Energiesprung steigt die erste Ionisierungsenergie zunächst wieder an, weil die Elektronen in der gleichen Schale vorhanden sind (und damit die gleiche mittlere Entfernung zum Kern haben), aber von zunehmend mehr Protonen im Kern angezogen werden.
Ganz schwer ist dann wieder das Entfernen eines Elektrons aus den Atomen beim Element Neon (zehnte Säule), weil hier wieder die Edelgaskonfiguration zerstört wird, die ja energetisch besonders stabil ist.
Beim Natriumatom (elfte Säule) wiederholt sich das Spielchen mit dem Energiesprung wieder, weil das Entfernen eines Elektrons aus dem Natriumatom zu einer Edelgaskonfiguration führt, die energetisch eben besonders günstig ist. Das Entfernen eines Elektrons aus einem Natriumatom ist sogar noch ein bisschen leichter als beim Lithiumatom, weil hier das Elektron aus der dritten Schale entfernt wird, die noch etwas weiter weg vom Atomkern ist.
Dann steigt es wieder bis zum nächsten Edelgas (Argon; 18. Säule) und dann folgt abermals ein Energiesprung beim Kaliumatom, weil das danach erneut zu einer Edelgaskonfiguration kommt.
Und nun zähl mal die Abstände, wann es zu den (größeren) Sprüngen kommt: zwischen dem zweiten und dritten Element, zwischen dem zehnten und elften Element und zwischen dem achtzehnten und neunzehnten Element... Das bedeutet, dass in die K-Schale offenbar zwei Elektronen passen, in die L-Schale acht und in die M-Schale (vereinfacht betrachtet) ebenfalls acht.
So, wenn du den Text aufmerksam liest, hast du alle Antworten deiner Aufgaben enthalten. Nur Nummer 5 musst du dir noch selbst zusammen reimen. Aber ich glaube, dass schaffst du jetzt allein, wenn du alles verstanden hast...
LG von der Waterkant
Hi,
die Antwort hat mit vollbesetzten Außenschalen, Valenzelektronen und Oktettregel (Edelgaskonfiguration) zu tun.
Sprünge sind immer dann, wenn vollbesetzte Außenschalen erreicht werden.
Jetzt kannst du es sicher selbst lösen
viel Erfolg
m.f.G.
anwesende
Hi,
Innerhalb einer Periode steigt die erste Ionisierungsenergie üblicherweise stark an. Grund für die Zunahme ist die steigende Kernladungszahl und die dadurch bedingte stärkere Anziehung der Elektronen durch den Kern. (Erklärung unten)
Immer dann, wenn eine stabile Edelgaskonfiguration (=vollbesetzte Schale, z.B. Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon) erreicht wird, ist die erste Ionisierungsenergie besonders hoch (weil das Atom so stabil ist) Entsprechend nimmt die erste Ionisierungsenergie beim Übergang von einer Periode zur nächsten, z. B. vom Neon zum Natrium, schlagartig ab.
m.f.G.
anwesende
Erklärung:
Zwar nimmt auch die Elektronenzahl der Hülle innerhalb der Periode von links nach rechts in gleichem Maß zu, das jeweils hinzukommende Elektron wird jedoch immer in dieselbe Schale eingebaut, die Außenschale. Die dort schon vorhandenen Elektronen können das jeweils hinzukommende Elektron deshalb nicht so stark von der Kernladung abschirmen, weil sie denselben Kernabstand besitzen wie das hinzugekommene Elektron. Die Zunahme der Kernladung kann also nicht durch die Zunahme der Ladung der Elektronenhülle kompensiert werden, so dass die Ionisierungsenergie zunimmt.
Hi
Also valenzelektronen und oktettregel sowas hatten wir noch garnicht im Unterricht ich hab absolut keine Ahnung was das sein soll