Chemie (Subject) / 1.1. Grundlagen - Aufbau der Materie (Lesson)

Atomkern, Isotope, Radioaktivität und Elektonenhülle

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• Beta-Strahlung,- was passiert? Ein Neutron wandelt sich in ein P und ein e- um. Das e- wird aus dem Kern herausgeschleudert. Der neue Kern hat ein P+ mehr.
• Womit kann man Radioaktivität messen? Mit einem Geiger-Müller-Zählrohr
• Wie funktioniert ein Geiger-Müller-Zählrohr? Was ist eine Anode, was ist eine Katode? Teil des Zähler ist ein mit einem Edelgas gefüllter Behälter. Er besitzt an einer Öffnung ein Glimmerfenster, das für radioaktive Strahlung passierbar ist, für das Edelgas aber nicht. Der Mantel des Behälters am negativen Pol einer Spannungsquelle angeschlossen. Der Mantel ist also eine Katode. Ins Innere des Behälters ragt ein Draht. Er ist an den Plus-Pol angeschlossen, und daher ist er die Anode. Wenn eine Quelle durch das Glimmerfenster radioaktive Strahlung hindurchschickt, ionisiert diese Strahlung das Edelgas. Es gibt nun Anionen und Kationen, wobei die negativ geladenen Aninonen zur Anode wandern. Nun fließt Strom. Das Spannungspotential der Spannungsquelle (vorher waren mehr e- bei Minuspol, jz kommen immer mehr beim Pluspol dazu) gleicht sich aus und die Spannung fällt zusammen. die Spannungsabfälle werden durch den parallel geschalteten Zähler gezählt.
• Wovon ist die Zerfallsgeschwindigkeit eines rad. Kerns abhängig? Nicht von Ausgangskonzentration, und nicht von Temperatur sondern davon, um welches radionuklid es sich handelt.
• Welche Anwendungen der Radioaktivität gibt es? Konservieren von wasserfreien Lebensmitteln mit Beta-Strahlung Messung von Werkstoffdichten Nuklearmedizin: Untersuchung der Schildrüsenfunktion durch Verabreichen von radioaktiv markierten Substanzen Altersbestimmung mit der Radiocarbonmethode Energiegewinnung durch Kernspaltung Energiegewinnung der Kernfusion
• Wie funktioniert die Altersbestimmung mit der Radiocarbonmethode? Es können nur kohlenstoffhaltige Materialien datiert werden. Es wird in der Archäologie angewandt. Der zeitliche Anwendungsbereich liegt zwischen 300 und 50 000 Jahren. Das Verfahren setzt voraus, dass in den letzten 50 000 Jahren ein konstantes Verhältnis von Kohlenstoff-14 zu Kohlenstoff-12 vorlag. 10-10 % des von einem lebenden Organismus eingenommen Kohlenstoff ist Kohlenstoff-14. Nach dem Tod des Organismus kann er keinen Kohlenstoff mehr aufnehmen, weder Kohlenstoff-12 noch Kohlenstoff-14. Es kommen also keine neuen C-14 Kerne mehr nach, während die "alten" im Organismus radioaktiv zerfallen. Das Verhältnis C-14 / C-12 wird also immer kleiner, je länger der Organismus schon tot ist. Dadurch kann man das ungefähre Alter des Organismus bestimmen.
• Wie funktioniert Energiegewinnung aus Kernspaltung? Es werden Atome mit vielen P+ bzw. N verwendet (zB. Uran). Diese Atome werden mit einzelnen umherfliegenden Neutronen beschossen. Durch den Aufprall teilt sich der Atomkern in zwei neue Kerne, jeder von ihnen hat einen Teil der Elektronen mit sich genommen - es sind also zwei neue (vollwertige) Atome entstanden. Diese Kerne sind radioaktiv. Bei der Spaltung von sehr großen Atomen werden außerdem Neutronen frei. Wenn Uran gespalten wird sind das 2 Neutronen - es entstehen also zwei neue Atome und 2 freie Neutronen. das ganze ist eher eine Umverteilung. Die freigewordenen Neutronen können dann die nächsten Spaltungen verursachen und bedingen damit eine Kettenreaktion. 1 kg Uran enthält so viel Energie wie 12 000 Liter Erdöl. Warum ist das so viel? ...Ein Atomkern besteht außer den Neutronen nur aus den + geladenen Protonen. gleiche Ladungen stoßen sich ab. Die strake Wechselwirkung ist die Kraft, die die den Kern trz zusammenhält - wie ein Gummiringerl. Sie ist eine der 4 Grundkräfte, und mit Abstand die stärkste von ihnen. Dieses Gummiringerl reißt, wenn es mit N. beschossen wird und gibt Engerie frei. Beim Erdöl werden die Atomkerne in Ruhe gelassen, es werden in chem. Reaktionen nur e- ausgetauscht.
• Wie funktioniert Energiegewinnung aus Kernfusion? Auf der Erde technisch noch nicht möglich, aber auf der Sonne wird so Energie gewonnen. Die Sonne besteht zu 73% aus Wasserstoff und zu 26% aus Helium. Wasserstoffatome bestehen aus 1 p+ und 1 e-. Die Culomb-Kraft bedingt, dass sich zwei Teilchen mit gleicher Ladung abstoßen. Auf der Sonne herrschen sehr hohe Temperaturen und starke Magnetfelder. Diese Umstände beschleunigen die Wasserstoffatome. Wenn 2 Atome zusammenstoßen, haben sie durch ihre hohe Geschwindigkeit eine so hohe Energie, dass sie die Culomb-Kraft überwinden und zu einem neuen Atom, einem Heliumatom verschmelzen. Die entstandenen neuen Atome sind also nicht radioaktiv (He ist ja nicht radioaktiv). Aus 4 H-Atomen wird 1 Heliumatom. Dafür werden aber nur 2 P+ und 2 e- benötigt. Die 2 p+ schwirren weiter schnell umher, die 2 e- bilden die von der Sonne ausgesendete Gamma-Strahlung.
• Orbital = ? Charakterisierung der Form der räumlichen Verteilung der Elektronen; Bereich hoher Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen
• Hauptquantenzahl = ? Was ist die Abkürzung? "n" wird durch eine ganze zahl gekennzeichnet (1,2,3, ...). Drück (vgl. mit anderen Quantenzahlen) am ehesten Energie des Orbitals aus, deswegen seteht sie auch für das Hauptenergieniveau.
• Pauli Prinzip = ? Ein Orbital kann max zwei e- aufnehmen. Da aber in einem Atom keine 2 Elektronen die exakt gleichen 4 Quantenzahlen haben können, müssen die zwei e- in einem Orbital immer einen entgegengesetzten Spin haben.
• Nebenquantenzahl = ? Abkürzung? "l" Charakterisiert Art bzw. Form des Orbitals und spaltet das Hauptenergieniveau in Unerniveaus auf. l kann Werte von 0 bis n-1 annehmen, ist also von n abhängig. Unterniveau mit l = 0 ... s Unterniveau mit l = 1 ... p Unterniveau mit l = 2 ... d Unterniveau mit l = 3 ... f
• Magnetquantenzahl = ? "m" Aus ihr lässt sich die Anzahl energiegleicher Orbitale eines Energieniveaus ableiten.
• Spinquantenzahl = ? abkürzung? "s" Spin = Eigenrotation. Jese Orbital kann mit 2 e- besetzt werden, die sich im Spin unterschieden müssen.
• Gesetz vom Minimum der Energie = ? zuerst werden die energieärmeren, inneren Orbitale aufgefüllt. Erst nach vollständiger Auffüllung des kernnäheren Orbitals wird das kernferne Orbital aufgefüllt.
• Hund'sche Regel = ? Alle Orbitale mit gleicher Energie (zB. 2px, 2py, 2pz) werden zuerst einfach besetzt, wobei jedes e- die gleiche Spinorientierungszahl haben. Erst danach erfolgt eine Doppelbesetzung. Mit steigender Hautquantenzahl wird die Energiediffernz zw. den einzelnen Energieniveaus immer geringer, daher kommt es zu Abweichungen von dieser Regel (weil der Abstand zum Kern immer größer wird, und deswegen die Anziehungskraft und der Energieaufwand kleiner). Ich versteh warum die e- sich eichter "bewegen" können, aber ich versteh nicht, was das mit der Hund'schen Regel zu tun haben soll. Vielleicht findet dann keine Doppelbestzung mehr statt, weil die Abstoßung von zwei e- größer ist, als die Energiedifferenz zum nächsten Niveau (1. VO Aufzeichnung Minute 136) Analog: In der Straßenbahn. Man setzt sich allein auf einen 2er-Platz, sofern noch etwas frei ist. Erst wenn schon auf allen 2er Plätzen Leute sitzen, setzt man sich zu jemandem. Wenn wir Orbitale mit je nur einem e- besetzen dann sollen alle den gleichen Spin haben (Schreibregel)
• Woher weiß ich wie viele Elektronen ein Atom hat? Woher weiß ich wie ich seine Elektronenkonfiguration machen soll? OZ (ist kleiner als MZ) = Zahl der Protonen. Daher auch Zahl der Elektronen.
• Wie ist die Abfolge der Orbitale, gereiht vom energieärmsten zum energiereichsten Orbital? - Bis zu den f Orbitalen 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s
• Wie viele energiegleiche Orbitale gibt es jeweils von den s, p, d, f Orbitalen? s: 1p: 3 (in x,y,z)d: 5f: 7

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