Atome Moleküle und Ionen PDF

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Atome Moleküle und Ionen ...

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:Atommasse Da jedes Proton und jedes Neutron ungefähr ein Amu zur Masse eines Atoms beiträgt und jedes Elektron viel weniger beiträgt, ist die Atommasse eines einzelnen Atoms ungefähr gleich seiner Massenzahl (eine ganze Zahl). Die Durchschnittsmassen der Atome der meisten Elemente sind jedoch keine ganzen Zahlen, da die meisten Elemente auf natürliche Weise als Gemische aus zwei oder mehr Isotopen .vorkommen Die Masse eines Elements, die in einem Periodensystem oder in einer Tabelle mit atomaren Massen aufgeführt ist, ist eine gewichtete mittlere Masse aller Isotope, die in einer natürlich vorkommenden Probe dieses Elements vorhanden sind. Dies ist gleich der Summe der Masse jedes einzelnen Isotops .multipliziert mit seiner fraktionellen Häufigkeit

durchschnittliche Masse = Σi (fraktionierte Häufigkeit × Isotopenmasse) i Zum Beispiel besteht das Element Bor aus zwei Isotopen: Etwa 19,9% aller Boratome sind 10B mit einer Masse von 10,0129 amu, und die restlichen 80,1% sind 11B mit einer Masse von 11,0093 amu. Die durchschnittliche Atommasse für Bor wird :wie folgt berechnet

durchschnittliche Bor-Masse = (0,199 × 10,0129 amu) + (0,801 × 11,0093 amu) = 1,99 amu + 8,82 amu = 10,81 amu Es ist wichtig zu verstehen, dass kein einzelnes Boratom exakt 10,8 amu wiegt; 10.8 amu ist die durchschnittliche Masse aller Boratome, und einzelne Boratome wiegen entweder ungefähr .10 amu oder 11 amu :Berechnung der durchschnittlichen atomaren Masse Ein Meteorit, der in Zentralindiana gefunden wurde, enthält Spuren des Edelgasleons, das während des Sonnenausfluges des Meteoriten vom Sonnenwind aufgenommen wurde. Die Analyse einer Gasprobe zeigte, dass sie aus 91,84% 20Ne (Masse 19,9924 amu), 0,47% 21Ne (Masse 20,9940 amu) und 7,69% 22Ne (Masse 21,9914 amu) bestand. Wie groß ist die ?durchschnittliche Masse des Neons im Sonnenwind

:Lösung durchschnittliche Masse = (0,9184 × 19,9924 amu) + (0,0047 × 20,9940 amu) + (0,0769 × 21,9914 amu) = (18,36 + 0,099 + 1,69) amu = 20,15 amu Die durchschnittliche Masse eines Neonatoms im Sonnenwind beträgt 20.15 amu. (Die durchschnittliche Masse eines terrestrischen Neonatoms beträgt 20.1796 amu. Dieses Ergebnis zeigt, dass wir je nach ihrer Herkunft leichte Unterschiede in der natürlichen Häufigkeit von Isotopen finden .(können

:Überprüfen Sie Ihr Lernen Eine Probe von Magnesium enthält 78,70% von 24Mg-Atomen (Masse 23,98 amu), 10,13% von 25Mg-Atomen (Masse 24,99 amu) und 11,17% von 26Mg-Atomen (Masse 25,98 amu). Berechnen . Sie die durchschnittliche Masse eines Mg-Atoms

:ANTWORTEN . amu 24.31 ______________________________________________ _____ Das Vorkommen und die natürliche Häufigkeit von Isotopen kann experimentell mit einem Instrument, einem so genannten Massenspektrometer, bestimmt werden. Die Massenspektrometrie (MS) wird häufig in der Chemie, der Forensik, der Medizin, der Umweltwissenschaft und vielen anderen Bereichen eingesetzt, um die Substanzen in einer Materialprobe zu analysieren und zu identifizieren. In einem typischen Massenspektrometer (Abbildung) wird die Probe verdampft und einem energiereichen Elektronenstrahl ausgesetzt, der bewirkt, dass die Atome (oder Moleküle) der Probe elektrisch geladen werden, typischerweise durch Verlust eines oder mehrerer Elektronen. Diese Kationen passieren dann ein (variables) elektrisches oder magnetisches Feld, das den Weg jedes Kations zu einem Ausmaß ablenkt, das sowohl von seiner Masse als auch seiner Ladung abhängt (ähnlich wie der Weg eines großen Stahlkugellagers, das an einem Magneten vorbeirollt) soweit das eines kleinen Stahl BB). Die Ionen werden detektiert, und eine Auftragung der relativen Anzahl

von erzeugten Ionen gegenüber ihren Masse-zu-LadungsVerhältnissen (ein Massenspektrum) wird vorgenommen. Die Höhe jedes vertikalen Merkmals oder Peaks in einem Massenspektrum ist proportional zu dem Anteil von Kationen mit dem spezifizierten Masse-zu-Ladung-Verhältnis. Seit seiner ersten Verwendung während der Entwicklung der modernen Atomtheorie hat sich MS zu einem leistungsfähigen Werkzeug für die chemische Analyse in einer Vielzahl von Anwendungen .entwickelt :Schlüsselkonzepte und Zusammenfassung Ein Atom besteht aus einem kleinen, positiv geladenen Kern, der von Elektronen umgeben ist. Der Kern enthält Protonen und Neutronen; sein Durchmesser ist etwa 100.000 mal kleiner als der des Atoms. Die Masse eines Atoms wird üblicherweise in atomaren Masseneinheiten (amu) ausgedrückt, was als Atommasse bezeichnet wird. Ein Amu ist definiert als genau 112 der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms und ist gleich 1,6605 × . 10-24 g

Protonen sind relativ schwere Teilchen mit einer Ladung von 1+ und einer Masse von 1,0073 amu. Neutronen sind relativ schwere Teilchen ohne Ladung und einer Masse von 1.0087 amu. Elektronen sind leichte Teilchen mit einer Ladung von 1 und einer Masse von 0,00055 amu. Die Anzahl der Protonen im Kern wird als Ordnungszahl (Z) bezeichnet und ist die Eigenschaft, die die Elementidentität eines Atoms definiert. Die Summe der Protonen- und Neutronenzahlen im Kern wird Massenzahl genannt und ist in Amu ungefähr gleich der Masse

des Atoms. Ein Atom ist neutral, wenn es eine gleiche Anzahl .von Elektronen und Protonen enthält

Isotope eines Elements sind Atome mit der gleichen Ordnungszahl, aber unterschiedlichen Massenzahlen; Isotope eines Elements unterscheiden sich daher nur in der Anzahl der Neutronen im Kern. Wenn ein natürlich vorkommendes Element aus mehreren Isotopen besteht, repräsentiert die Atommasse des Elements den Durchschnitt der Massen der beteiligten Isotope. Ein chemisches Symbol identifiziert die Atome in einer Substanz mithilfe von Symbolen, die aus ein-, zwei- oder dreibuchstabigen Abkürzungen für die Atome .bestehen Schlüsselgleichungen durchschnittliche Masse = Σi (fraktionierte Häufigkeit × Isotopenmasse) i

:Chemische Formeln 2.4 Eine Molekülformel ist eine Darstellung eines Moleküls, das chemische Symbole verwendet, um die Arten von Atomen anzuzeigen, gefolgt von tiefgestellten Buchstaben, um die Anzahl der Atome jedes Typs im Molekül anzuzeigen. (Ein Index wird nur verwendet, wenn mehr als ein Atom eines gegebenen Typs vorhanden ist.) Molekülformeln werden auch als .Abkürzungen für die Namen von Verbindungen verwendet Die Strukturformel für eine Verbindung gibt die gleiche Information wie ihre Molekülformel (die Arten und die Anzahl

der Atome im Molekül), zeigt aber auch, wie die Atome im Molekül verbunden sind. Die Strukturformel für Methan enthält Symbole für ein C-Atom und vier H-Atome, die die Anzahl der Atome im Molekül angeben. Die Linien stellen Bindungen dar, die die Atome zusammenhalten. (Eine chemische Bindung ist eine Anziehung zwischen Atomen oder Ionen, die sie in einem Molekül oder einem Kristall zusammenhält.) Wir diskutieren chemische Bindungen und sehen, wie man die Anordnung von Atomen in einem Molekül später vorhersagen kann. Für jetzt einfach wissen, dass die Linien ein Hinweis darauf sind, wie die Atome in einem Molekül verbunden sind. Ein Kugel-StabModell zeigt die geometrische Anordnung der Atome mit atomarer Größe, nicht maßstabsgetreu, und ein raumfüllendes .Modell zeigt die relativen Größen der Atome Obwohl viele Elemente aus diskreten, einzelnen Atomen bestehen, existieren einige als Moleküle, die aus zwei oder mehr Atomen des chemisch miteinander verbundenen Elements bestehen. Zum Beispiel bestehen die meisten Proben der Elemente Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff aus Molekülen, die jeweils zwei Atome enthalten (so genannte zweiatomige Moleküle) und haben somit die Molekülformeln H2, O2 bzw. N2. Andere Elemente, die gewöhnlich als zweiatomige Moleküle gefunden werden, sind Fluor (F2), Chlor (Cl2), Brom (Br2) und Iod (I2). Die häufigste Form des Elements Schwefel besteht aus Molekülen, die aus acht Schwefelatomen .bestehen; seine Summenformel ist S8 Es ist wichtig zu beachten, dass ein Index, der einem Symbol folgt, und eine Zahl vor einem Symbol nicht dasselbe darstellen; zum Beispiel stellen H2 und 2H deutlich verschiedene Spezies dar. H2 ist eine molekulare Formel; es stellt ein zweiatomiges

Wasserstoffmolekül dar, das aus zwei Atomen des Elements besteht, die chemisch miteinander verbunden sind. Der Ausdruck 2H zeigt andererseits zwei getrennte Wasserstoffatome an, die nicht als eine Einheit kombiniert sind. Der Ausdruck 2H2 steht für zwei Moleküle zweiatomigen .Wasserstoffs Verbindungen werden gebildet, wenn sich zwei oder mehr Elemente chemisch verbinden, was zur Bildung von Bindungen führt. Zum Beispiel können Wasserstoff und Sauerstoff reagieren, um Wasser zu bilden, und Natrium und Chlor können reagieren, um Kochsalz zu bilden. Wir beschreiben manchmal die Zusammensetzung dieser Verbindungen mit einer empirischen Formel, die die vorhandenen Atome und das einfachste ganze Zahlenverhältnis der Anzahl der Atome (oder Ionen) in der Verbindung angibt. Zum Beispiel hat Titandioxid (verwendet als Pigment in weißer Farbe und in der dicken, weißen, blockierenden Art von Sonnenschutz) eine empirische Formel von TiO 2. Dies identifiziert die Elemente Titan (Ti) und Sauerstoff (O) als die Bestandteile von Titandioxid und zeigt die Anwesenheit von doppelt so vielen Atomen des Elements .Sauerstoff an wie Atome des Elements Titan Wie zuvor diskutiert, können wir eine Verbindung mit einer Molekülformel beschreiben, in der die Indizes die tatsächliche Anzahl von Atomen jedes Elements in einem Molekül der Verbindung angeben. In vielen Fällen wird die Molekularformel einer Substanz aus der experimentellen Bestimmung sowohl ihrer empirischen Formel als auch ihrer Molekülmasse (der Summe der Atommassen für alle Atome, aus denen das Molekül besteht) abgeleitet. Zum Beispiel kann experimentell festgestellt werden, dass Benzol zwei Elemente enthält,

Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H), und dass für jedes Kohlenstoffatom in Benzol ein Wasserstoffatom vorhanden ist. Somit ist die empirische Formel CH. Eine experimentelle Bestimmung der Molekülmasse zeigt, dass ein Molekül Benzol sechs Kohlenstoffatome und sechs Wasserstoffatome enthält, so dass die Molekularformel für Benzol C6H6 ist. Wenn wir die Formel einer Verbindung kennen, können wir leicht die empirische Formel bestimmen. (Dies ist eine Art akademische Übung; die umgekehrte Chronologie wird im Allgemeinen in der Praxis befolgt.) Zum Beispiel ist die molekulare Formel für Essigsäure, die Komponente, die Essig seinen scharfen Geschmack verleiht, C2H4O2. Diese Formel zeigt an, dass ein Molekül Essigsäure zwei Kohlenstoffatome, vier Wasserstoffatome und zwei Sauerstoffatome enthält. Das Verhältnis der Atome ist 2: 4: 2. Die Division durch den kleinsten gemeinsamen Nenner (2) ergibt das einfachste Ganzzahlverhältnis von Atomen, 1: 2: 1, also lautet die empirische Formel CH2O. Beachten Sie, dass eine Summenformel immer ein ganzzahliges Vielfaches einer .empirischen Formel ist Es ist wichtig, sich bewusst zu sein, dass es möglich sein kann, dass die gleichen Atome auf unterschiedliche Weise angeordnet werden: Verbindungen mit der gleichen Molekülformel können unterschiedliche Atom-Atom-Bindungen und daher unterschiedliche Strukturen aufweisen. Könnte es beispielsweise eine andere Verbindung mit der gleichen Formel wie Essigsäure, C2H4O2? Und wenn ja, wie wäre die Struktur ?seiner Moleküle

Wenn Sie voraussagen, dass eine andere Verbindung mit der Formel C2H4O2 existieren könnte, haben Sie gute chemische Einblicke gezeigt und sind korrekt. Zwei C-Atome, vier H-Atome und zwei O-Atome können auch angeordnet werden, um ein Methylformiat zu bilden, das in der Herstellung, als Insektizid und für schnell trocknende Ausrüstungen verwendet wird. Methylformiatmoleküle haben eines der Sauerstoffatome zwischen den zwei Kohlenstoffatomen, was sich von der Anordnung in Essigsäuremolekülen unterscheidet. Essigsäure und Methylformiat sind Beispiele für Isomere - Verbindungen mit der gleichen chemischen Formel, aber unterschiedlichen Molekülstrukturen. Beachten Sie, dass dieser kleine Unterschied in der Anordnung der Atome einen großen Einfluss auf ihre jeweiligen chemischen Eigenschaften hat. Sie würden sicherlich nicht eine Lösung von Methylformiat als Ersatz für eine Lösung von Essigsäure (Essig) verwenden wollen, wenn Sie .Salatdressing machen Viele Arten von Isomeren existieren. Essigsäure und Methylformiat sind Strukturisomere, Verbindungen, bei denen sich die Moleküle darin unterscheiden, wie die Atome miteinander verbunden sind. Es gibt auch verschiedene Arten von räumlichen Isomeren, in denen die relativen Orientierungen der Atome im Raum unterschiedlich sein können. Zum Beispiel besteht die Verbindung Carvon (gefunden in Kümmel, Minze und Mandarinenschalen) aus zwei Isomeren, die Spiegelbilder voneinander sind. S - (+) - Carvon riecht nach Kümmel . und R - (-) - Carvon riecht nach Spearmint...