Basiskennis chemie/Classificatie van stoffen/Atoommodel uitgebreider

Uit Wikibooks
Naar navigatie springen Naar zoeken springen


Basiskennis chemie

Chemie en Stoffen



Aanhangsel


Atomen versus Elementen[bewerken]

Waarom gebruiken we het woord elementen en niet atomen in het Periodiek Systeem der Elementen? Allereerst is een element een abstracte bouwsteen gedefinieerd op basis van de positieve lading in de kern van het atoom. Het duidt een chemische atoomsoort aan. Nadat was vastgesteld dat de atoomkern een positieve lading had die voor elk element een heel aantal keren de lading van de atoomkern van waterstof was, bleek dat binnen een element toch verschillen waren tussen de atomen. Ook bleek de atoomkern opgebouwd uit verschillende deeltjes.

Protonen[bewerken]

Allereerst bevat een atoomkern positief geladen deeltjes, protonen. Alle protonen zijn even zwaar en hebben allemaal dezelfde positieve elektrische lading.

Open book nae 02.svg Het aantal protonen in een atoomkern is gelijk aan het atoomnummer uit het periodiek systeem.


Neutronen[bewerken]

Atomen met hetzelfde aantal protonen kunnen echter van elkaar verschillen in massa. Dit komt door het tweede soort kerndeeltjes, de neutronen. Neutronen hebben dezelfde massa als protonen, alleen geen lading.

Isotopen[bewerken]

Atomen met hetzelfde aantal protonen, het gaat dus over het zelfde element, maar een verschillend aantal neutronen, worden isotopen genoemd. "Iso",[1] is afgeleid van een Grieks woord dat "gelijk" betekent en "toop" van eens eveneens Griekse woord dat "plaats" betekent. De atomen hebben een gelijke plaats in het periodiek systeem. Isotopen hebben dezelfde chemische eigenschappen. Fysische eigenschappen van isotopen verschillen van elkaar.

Het aantal neutronen is ongeveer gelijk aan het aantal protonen, of groter. Dit zie je goed aan de molaire massa's van de eerste elementen:[2]

H He Li Be B C N O F Ne
1.008 4.0026 6.941 9.0122 10.811 12.011 14.0067 15.999 18.9884 20.17

Atoomnummer en massagetal[bewerken]

Om de atoomkern makkelijke te kunnen beschrijven wordt gebruik gemaakt van twee begrippen: atoomnummer en massagetal.

Open book nae 02.svg Het atoomnummer is gelijk aan het aantal protonen in de kern van het atoom.


Hiermee wordt de oude manier om atoomnummers te bepalen, op basis van het massagetal, verlaten. Mendelejev had met zijn keuze voor de rangschikking op basis van het massagetal wel gelijk, maar de relalie tussen atoomnummer en massagetal is minder fundamenteel dan eerst gedacht.

Open book nae 02.svg Het massagetal van een atoom is gelijk aan de som van de aantallen protonen en neutronen.


Om isotopen snel te kunnen noteren wordt gebruik gemaakt van de volgende afspraak:

  • Atoomnummer en massagetal worden alleen genoteerd als dat relevant is in de context.
  • Het massagetal wordt in superscript genoteerd direct voor het symbool van het element.
  • Het atoomnummer wordt in subscript genoteerd direct voor het symbool van het elemenent.

Het atoomnummer en het symbool zijn eigenlijk synoniemen van elkaar. Als je het een weet, weet je het ander ook. Toch worden ze vaak beiden gebruikt om verwarring te voorkomen.

Voor een koolstofatoom met, uiteraard 6 protonen en 6 neutronen wordt dan de volgende notatie gebruikt:

De aantal protonen en neutronen zijn ook van belang bij het bestuderen van radioactieve elementen. Tijdens het radioactief verval verandert de samenstelling van de atoomkern.

Uitgebreid atoommodel[bewerken]

Dit uitgebreidere model gaat in op aspecten van de atoombouw die voor de beginnende chemicus of analist nog niet interessant zijn, maar in een later stadium wel relevant worden.

De kern bestaat uit protonen en neutronen. Protonen en elektronen hebben een elektrisch lading, respectievelijk positief en negatief. Neutronen zijn elektrisch neutraal. Aangezien de bouwstenen van atomen identiek zijn worden de eigenschappen van stoffen uitsluitend verklaard door het aantal protonen, neutronen en elektronen in een atoom. Het aantal protonen en elektronen in een atoom zijn gelijk. Daardoor heeft het atoom een neutrale lading. De fysische eigenschappen van een atoom worden met name bepaald door het aantal protonen. De chemische eigenschappen van een atoom blijken hoofdzakelijk bepaald te worden door het aantal elektronen en met name het aantal elektronen in de buitenste schil, ook wel valentieschil genaamd. Atomen met hetzelfde aantal protonen, maar een verschillend aantal neutronen heten isotopen. Isotopen hebben dezelfde chemische eigenschappen.

Atoommodel

Er zijn 114 verschillende atoomsoorten bekend. Van deze atoomsoorten komen er 88 voor in de natuur. De overige worden langs artificiële weg bij kernreacties verkregen. Ter classificatie van atoomsoorten is een unieke naam bepaald en een symbool. Het symbool is meestal de eerste hoofdletter van een Latijnse of Griekse naam van de atoomsoort: waterstof (Hydrogenium) = H, stikstof (Nitrogenium) = N, koolstof (Carbon) = C. Om duplicatie van symbolen te vermijden wordt eventuele een tweede kenmerkende kleine letter toegevoegd: chroom (Chromos) = Cr, koper (Cuprum)= Cu. Voor een volledige lijst met namen met hun oorsprong zie Lijst met Etymologische namen.

Enkele definities:

Open book nae 02.svg Atoomnummer, symbool Z, is het aantal protonen in de kern


Open book nae 02.svg Massagetal, symbool A, is het aantal protonen en neutronen in de kern


We schrijven het atoomnummer links onder het atoomsymbool en het massagetal links boven. Bijvoorbeeld voor waterstof:

Als een atoom extra elektronen opneemt of bestaande elektronen verliest krijgt het atoom een elektrische lading, respectievelijk negatief of positief. Een elektrisch geladen atoom heet een ion, een positief ion wordt ook wel een kation genoemd en een negatief ion een anion. Ionen worden met het symbool van het atoom aangeduid en rechts van het symbool een + or - als superscript om de lading aan te duiden. Bijvoorbeeld: hydride of hydron . Een waterstof kation wordt ook wel proton genoemd.

  1. "Iso" komen we in allerlei wetenschappelijke begrippen tegen. Naast isomeren is in de scheikunde ook het begrip isomeer bekend, en in de weerkunde kennen we isobaren.
  2. De molaire massa's zijn ontleend aan de verschillende lemmata in de Nederlandse Wikipedia op 14 november 2019.
Informatie afkomstig van http://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.