Das Atommodell nach Bohr – Atombau II

Das Atommodell nach Bohr
Bild von Arek Socha auf Pixabay

Was wir bisher wissen: (AB Wiederholung/interaktiv)

Der Mathematiker bezweifelte das Kern-Hülle-Atommodell

Recht schnell war nach der Formulierung des Atommodells nach Rutherford klar, dass eine unkontrollierte Bewegung der Elektronen in der Atomhülle zur Katastrophe und damit zur Auslöschung von Materie, wie wir sie kennen, führen würde. Ein Elektron, welches in einen Kern stürzen würde, zöge eine Kernspaltung nach sich, die alles in einer Kettenreaktion vernichten würde. Wir würden nicht existieren.

Hier nun setzt Niels Bohr – ein Schüler Rutherfords – an. Er wählt den für einen Mathematiker typischen Weg und berechnet Kräfte, Wege und Effekte für das System Atom und kommt zu der Erkenntnis, dass die Elektronen sich sehr geordnet und mathematisch exakt um den Kern bewegen müssen. Und sie können nicht alle den gleichen Abstand vom Kern haben. Sie bewegen sich wie die Planeten unseres Sonnensystems um das Zentrum.

Das Atommodell nach Bohr

Arbeitsblätter zum Thema:

Das Atommodell nach Bohr
Das Bohr´sche Atommodell
Das Bohr´sche Atommodell
Das Bohr´sche Atommodell
Übung
Übung (Lösung)
PSE
PSE
PSE

Ethen und Ethin

Die besondere Geometrie des Kohlenstoffatoms erlaubt auch die gemeinsame Nutzung mehrerer Elektronenpaare. Dadurch entstehen die doppelte Atombindung – Doppelbindung und die dreifache Atombindung – Dreifachbindung. Hier am Beispiel von Ethen und Ethin erläutern.

Da diese Stoffe „relativ wenig“ Wasserstoff an den Kohlenstoffatomen binden, heißen diese Substanzen auch „ungesättigte Kohlenwasserstoffe“. Solche Stoffe können durch Katalysatoren oder auch Fremdmoleküle in die Lage versetzt werden, ihre Mehrfachbindung aufzuspalten und weitere Atome an das Molekül zu „addieren“, sie werden gesättigt.

Ethen C2H4 (Ethen bei Wikipedia)

Ethin C2H2 (Ethin bei Wikipedia)

Arbeitsblatt – Ethen, Ethin

Alkane – Moleküle

Die homologe Reihe der n-Alkane gehört zu den Kohlenwasserstoffen und bildet „gesättigte Moleküle“ aus Kohlenstoffketten. Verzweigung en und Cyclisierungen dieser Ketten werden hier nicht betrachtet.

gasförmige Alkane
Methan, Ethan, Propan und Butan

Stoffe die bei Raumtemperatur gasförmig sind, bestehen aus den kleinsten/kürzesten Molekülen. Sie kommen natürlich in Erdgas (Hauptbestandteil Methan) vor. Methan entsteht bei der Verdauung von pflanzlicher Nahrung zum Beispiel bei Kühen. Verwendungen wie „Heizgas“ oder „Ausgangsstoff zur Kunststoffproduktion“ haben für diese Stoffe eine große Bedeutung.

Alkane - gasförmig - Heizgase

Methan CH4

Ethan C2H6

Propan C3H8

Butan C4H10

flüssige Alkane
Pentan, Hexan, Oktan… bis Heptadekan

Flüssigkeiten wie Oktan tanken wir als Benzin, Dekan oder Dodekan als Diesel. Sie werden zu über 90% verbrannt, um Energie zu erzeugen.

Alkane - flüssig - Benzine und Diesel

Pentan C5H12

Hexan C6H14

Heptan C7H16

Oktan C8H18

Nonan C9H20

Dekan C10H22

die ebenfalls flüssigen Undekan C11H24 und Dodekan C12H26 folgen …

Feste Alkane

Höhere Alkane, also langkettige Moleküle sind bei Raumtemperatur feste Stoffe. Diese Alkane finden wir in Kerzenwachs (Paraffin), Schmierölen und die extrem langkettigen (C-Kettenlänge: 35+) im Bitumen(Straßenbelag).

Alkane - fest - Kerzen, Wachse,...

Oktadekan C18H38

Schwefelsäure

Das Schwefelsäuremolekül \( H_2SO_4 \) mit dem zentralen Schwefelatom, umgeben von 4 Sauerstoffatomen zerfällt in Wasser in das aggressive – hoch reaktive – Ion \( H^+ \) , das Wasserstoffion (auch Proton genannt) und das Sulfation \( SO_4^{2-} \) , das typische 2-fach negativ geladene Ion der Schwefelsäuresalze.

Schwefelsäure - vulkanischer See
Schwefelquelle an einem Kratersee eines Vulkans. Hier bildet sich aus den Oxiden freie Schwefelsäure im Seewasser.

Eigenschaften:

96%ige konzentrierte H2SO4 ist eine klare, ätzende,  farb- und geruchlose, sehr ölige (hochviskose), stark hygroskopische (wasserziehende) Flüssigkeit, die mit Wasser unter starker Wärmeentwicklung mischbar ist. Hier ist wie bei allen Säuren unbedingt die Verdünnungsregel einzuhalten, da es sonst zu gefährlichen Verspritzungen kommt. In Wasser gelöst, existiert die Schwefelsäure in Form ihrer Ionen (H+ )Wasserstoffion und und (SO42– ) Sulfation , in die sie zerfällt(dissoziiert).

Diese Säure dissoziiert 2-stufig:

  1. Bildung des Hydrogensulfations

$$ H_2SO_4 \to H^+ + HSO_4^- $$

2. Bildung des Sulfations

$$ HSO_4^- \to H^+ + SO_4^{2-} $$

Vorkommen:

An vulkanischen Seen gibt es schwache Konzentrationen von Schwefelsäure. Dies ist neben Spuren der Säure in einigen Insektensekreten das einzige natürliche Vorkommen. Die Schwefelsäure gehört wie die Salpetersäure zu den technischen Säuren.

Bedeutung und Verwendung:

Die Schwefelsäure ist eines der wichtigsten Produkte der chemischen Industrie. Sie wird „Blut der Chemie“ genannt. Ihre Weltproduktion übersteigt die 140 Millionen-Tonnen-Marke. Das meist verwendete Verfahren, das Kontaktverfahren, nutzt Schwefel und ist eine deutsche Erfindung. Ein großer Teil der Schwefelsäure wird dazu verwendet, andere Reinstoffe herzustellen. Mineralische Düngemittel (Ammonium- und Superphosphate), Farbstoffe, Sprengstoffe, Waschmittel und Arzneimittel seinen beispielhaft genannt. Die Schwefelsäure ist ein chemischer Grundstoff.
In der Glas-, Kunstseide- und Kunststoffindustrie, sowie in der Petrochemie und bei Dynamit spielt sie ebenfalls eine große Rolle. Mit ihr kann man zahlreiche andere  Säuren herstellen, zum Beispiel die Phosphorsäure (durch Reaktion mit Calciumphosphat) oder Fluorwasserstoffsäure, die auch Flusssäure genannt wird und als Lösungsmittel dient. 

Nicht ganz perfekt, aber diskutierbar/erklärbar…

Konzentrierte Schwefelsäure greift Kunststoffe an und zersetzt Zucker und Holz. So lässt sich auch der Aufbau von Zucker aus Kohlenstoff nachweisen. Die Reaktion mit Holz erfolgt in ähnlicher Weise, dabei kommt des auch zur Schwärzung jedoch nicht zu einer solchen Volumenvergrößerung.

Aber auch kohlenstoffbasierte Kunststoffe können der Schwefelsäure nicht widerstehen.

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