Atome und Moleküle

📑 Inhaltsverzeichnis

Aufbau des Atoms

Alle Stoffe bestehen aus Atomen. Ein Atom setzt sich zusammen aus:

Atomkern (positiv geladen): Protonen (+1 Ladung) und Neutronen (neutral)
Elektronenhülle (negativ geladen): Elektronen (−1 Ladung)

In einem neutralen Atom gilt: Anzahl Protonen = Anzahl Elektronen.

Teilchen	Symbol	Ladung	Ort
Proton	$p^+$	+1	Kern
Neutron	$n$	0	Kern
Elektron	$e^-$	−1	Hülle

Die Ordnungszahl $Z$ (Anzahl der Protonen) bestimmt, welches chemische Element vorliegt. Kohlenstoff hat z. B. $Z = 6$, Sauerstoff $Z = 8$. Das Periodensystem ordnet alle Elemente nach steigender Ordnungszahl.

Moleküle und chemische Bindungen

Wenn Atome durch chemische Bindungen verbunden werden, entstehen Moleküle.

Beispiel – Wassermolekül: $H_2O$ besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.

Bindungsarten

Kovalente Bindung (Atombindung): Beide Atome teilen ein Elektronenpaar. Typisch bei Nichtmetallen wie $H_2O$, $CO_2$, $CH_4$.
Ionenbindung: Ein Atom gibt Elektronen ab, ein anderes nimmt sie auf. Es entstehen Ionen. Beispiel: $NaCl$ aus $Na^+$ und $Cl^-$.
Metallische Bindung: Metallatome geben Valenzelektronen in ein gemeinsames „Elektronengas" ab. Typisch für Metalle (leitfähig, formbar).

Ionen – geladene Teilchen

Ionen entstehen, wenn Atome Elektronen abgeben oder aufnehmen:

Kation (positiv): Atom hat Elektronen abgegeben → $Na \rightarrow Na^+ + e^-$
Anion (negativ): Atom hat Elektronen aufgenommen → $Cl + e^- \rightarrow Cl^-$

Beispiele aus dem Alltag:

$Na^+$ und $Cl^-$ in Kochsalz
$Ca^{2+}$ und $CO_3^{2-}$ in Kalk
$Fe^{2+}$ und $Fe^{3+}$ als Spurenelemente im Körper

Mol und Avogadro-Zahl

Die Mol ist die SI-Einheit der Stoffmenge. Ein Mol enthält exakt $N_A = 6{,}022 \times 10^{23}$ Teilchen (Avogadro-Konstante).

$$n = \frac{N}{N_A} = \frac{m}{M}$$

Dabei ist $n$ die Stoffmenge (mol), $m$ die Masse (g) und $M$ die molare Masse (g/mol).

Beispiel: 18 g Wasser entsprechen $n = \frac{18\text{ g}}{18\text{ g/mol}} = 1\text{ mol}$ $H_2O$.

Atombau und das Periodensystem

Das Periodensystem zeigt Perioden (Zeilen) und Gruppen (Spalten):

Periode 1: H, He (je 1 Schale)
Periode 2: Li bis Ne (2 Schalen)
Periode 3: Na bis Ar (3 Schalen)

Elemente derselben Gruppe haben ähnliche Eigenschaften, da sie dieselbe Anzahl Valenzelektronen besitzen. Die Edelgase (Gruppe 18) sind besonders reaktionsträge, weil ihre Valenzschale vollständig besetzt ist.

Übungen

Ein Sauerstoffatom hat die Ordnungszahl $Z = 8$ und die Massenzahl $A = 16$. Gib die Anzahl der Protonen, Neutronen und Elektronen im neutralen Atom an. Wie ändern sich die Zahlen beim $\ce{O^{2-}}$-Ion?
Bestimme die Anzahl der Atome jedes Elements in den folgenden Verbindungen: $\ce{C6H12O6}$, $\ce{NH3}$, $\ce{H2SO4}$ und $\ce{CaCO3}$. Handelt es sich jeweils um ein Molekül oder ein Ionengitter?
Berechne die Anzahl der Moleküle in $36\,\text{g}$ Wasser ($M(\ce{H2O}) = 18{,}02\,\text{g/mol}$). Wie viel Mol entspricht das? Verwende die Avogadro-Konstante $N_A = 6{,}022 \times 10^{23}\,\text{mol}^{-1}$.
Erkläre den Unterschied zwischen einem Kation und einem Anion. Gib für jedes der folgenden Ionen an, ob es sich um ein Kation oder Anion handelt und wie viele Elektronen das ursprüngliche Atom abgegeben oder aufgenommen hat: $\ce{Na+}$, $\ce{Cl-}$, $\ce{Ca^{2+}}$, $\ce{O^{2-}}$.
Ein Atom der 3. Periode hat drei Valenzelektronen. Um welches Element handelt es sich? Begründe mithilfe des Periodensystems.