Atoombouw en periodiek systeem (Scheikunde havo), les 1: Uitleg

• newEditor
• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4,5

Introduction

Leerlingen leren de bouw van atomen en ionen (kern, protonen, neutronen, elektronen), isotopen, de elektronenconfiguratie van periode 1 tot en met 3, de opbouw van het periodiek systeem en de covalentie. 9 uitleg-dia's met twee animaties, controlevragen per blok en een exit.

Helium, neon, argon, krypton en xenon in gasontladingsbuizen (foto: Alchemist-hp, CC BY-SA 2.0 de)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Atoombouw en periodiek systeem

Examenstof scheikunde havo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: M1.3 (u), M1.4, M1.5, M1.6. Image credit: Alchemist-hp / Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0 de

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Wat ga je kunnen?

Ik kan de bouw van atomen en ionen beschrijven en uit de plaats in het periodiek systeem eigenschappen en de covalentie afleiden.

Wat weet je al over atomen en het periodiek systeem?

Woordweb. Verwacht: protonen, neutronen, elektronen, kern, schillen, groepen, elementen, metalen. Gebruik de woorden als start van blok 1. Veelgemaakte misvatting: elektronen draaien als planeetjes in vaste banen; het schillenmodel is een model, geen foto. Syllabus M1.4 en M1.5.

Atoommodel van lithium: kern en schillen (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Een atoom heeft een kern en een wolk

• In de kern zitten protonen (positief) en neutronen (neutraal).

• Om de kern zit de elektronenwolk met elektronen (negatief), in schillen.

• Een atoom is neutraal: evenveel protonen als elektronen.

• Bijna alle massa zit in de kern, die heel klein is vergeleken met de wolk.

Syllabus M1.4: bouw van de kern (protonen, neutronen) en van de elektronenwolk (elektronen). Het figuur toont lithium-7: 3 protonen, 4 neutronen, 3 elektronen. Let op: het model is niet op schaal; de kern is veel kleiner dan het figuur doet voorkomen. Veelgemaakte fout: denken dat de lading van een atoom positief is omdat de kern positief is. Image credit: Eigen figuur voor deze les

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Lading en massa van de deeltjes

• Proton: lading 1+, massa ongeveer 1 u.

• Neutron: lading 0, massa ongeveer 1 u.

• Elektron: lading 1−, massa ongeveer 1/1800 u, dus verwaarloosbaar klein.

• De atomaire massa-eenheid (u) is 1/12 van de massa van een koolstof-12-atoom.

• Omgerekend: 1 u is ongeveer 1,66·10⁻²⁷ kg.

Syllabus M1.3 (atomaire massa-eenheid u) en M1.4 (lading en massa van elektronen, protonen en neutronen). De precieze massa's staan in Binas; voor het examen is 'ongeveer 1 u' genoeg voor proton en neutron. Veelgemaakte fout: denken dat het elektron even zwaar is als een proton.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Atoomnummer, massagetal en isotopen

• Het atoomnummer is het aantal protonen en bepaalt de atoomsoort.

• Het massagetal is het aantal protonen plus neutronen.

• Aantal neutronen = massagetal − atoomnummer. Voorbeeld: ¹²C heeft 6 protonen en 6 neutronen.

• Isotopen hebben hetzelfde atoomnummer maar een ander aantal neutronen: ¹²C, ¹³C en ¹⁴C.

Syllabus M1.4: massagetal, atoomnummer, isotopen. Schrijfwijze: het massagetal staat linksboven het symbool (¹²C) of achter de naam (koolstof-12). Veelgemaakte fout: het massagetal gelijkstellen aan het aantal neutronen, of denken dat isotopen een verschillend aantal protonen hebben.

Een atoom ²⁷Al heeft atoomnummer 13. Hoeveel neutronen heeft het?

A

13

B

14

C

27

D

40

27 − 13 = 14 neutronen. Fouten: 13 (atoomnummer genomen), 27 (massagetal genomen), 40 (opgeteld in plaats van afgetrokken).

Vul in

Isotopen hebben hetzelfde atoomnummer maar een verschillend aantal neutronen in de kern.

atoomnummer

neutronen

massagetal

elektronen

Isotopen: zelfde aantal protonen (atoomnummer), ander aantal neutronen, dus ander massagetal. Afleider massagetal is juist het verschil, niet het gelijke.

De schillen vullen van waterstof tot argon (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Elektronen zitten in schillen

• De elektronenconfiguratie geeft het aantal elektronen per schil, van binnen naar buiten.

• Voor periode 1 tot en met 3 vul je schil 1 met 2, schil 2 met 8 en schil 3 met 8.

• Je begint pas aan een nieuwe schil als de vorige vol is.

• Het aantal schillen is gelijk aan het periodenummer.

Syllabus M1.4: elektronenconfiguratie van periode 1 t/m 3 ('eenvoudige' configuratie, niet s, p en d). Kijkvraag: wat gebeurt er als schil 2 vol is? Laat leerlingen de animatie hardop volgen: welk atoom heeft de configuratie 2,8,1? Let op: octetregel en valentie-elektronen zijn geen havo-stof, noem ze niet. Image credit: Eigen animatie

Elektronenconfiguratie van periode 1 tot en met 3 (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Configuratie van periode 1 tot en met 3

• Voorbeeld: natrium heeft 11 elektronen, dus 2,8,1. Chloor heeft 17: 2,8,7.

• Het totaal aantal elektronen in een atoom is gelijk aan het atoomnummer.

• Atomen in dezelfde groep (behalve He) hebben evenveel elektronen in de buitenste schil.

• Edelgassen (He, Ne, Ar) reageren nauwelijks.

Syllabus M1.4 en M1.5. In de tabel staat de configuratie van alle atomen van waterstof tot argon, de omrande kolom zijn de edelgassen. Veelgemaakte fout: de configuratie van chloor noteren als 2,8,8 of de schillen in omgekeerde volgorde schrijven. Image credit: Eigen figuur voor deze les

Een elektron gaat van Na naar Cl: Na⁺ en Cl⁻ ontstaan (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Ionen: elektronen erbij of eraf

• In een ion zijn er meer of minder elektronen dan protonen; het aantal protonen verandert nooit.

• Elektronen afstaan geeft een positief ion: Na → Na⁺ + e⁻.

• Elektronen opnemen geeft een negatief ion: Cl + e⁻ → Cl⁻.

• Lading = aantal protonen − aantal elektronen: Mg²⁺ heeft 12 protonen en 10 elektronen.

Syllabus M1.4: bouw van atomen en ionen. Beide vergelijkingen kloppen in atomen en lading: bij Na → Na⁺ + e⁻ is 0 = 1+ plus 1−; bij Cl + e⁻ → Cl⁻ is 1− = 1−. Kijkvraag: hoeveel elektronen heeft Na⁺ en welke configuratie hoort daarbij? Antwoord: 10 en 2,8. Veelgemaakte fout: denken dat bij een positief ion er protonen bij komen. Image credit: Eigen animatie

Hoeveel elektronen heeft een O²⁻-ion? Het atoomnummer van zuurstof is 8.

A

6

B

8

C

10

D

16

Zuurstof heeft 8 protonen; lading 2− betekent 2 elektronen meer dan protonen: 10. Fouten: 6 (twee afgetrokken), 8 (lading vergeten), 16 (verdubbeld).

Configuratie van fosfor (atoomnummer 15)?

Antwoord: 2,8,5. Verwachte fout: 2,8,8 (schil 3 helemaal vullen) of 2,13.

Groepen, perioden en de verdeling metalen en niet-metalen (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Opbouw van het periodiek systeem

• Op oplopend atoomnummer: rijen zijn perioden (1 tot 7), kolommen zijn groepen (1 tot 18).

• Alkalimetalen: groep 1 (zonder H). Aardalkalimetalen: groep 2.

• Halogenen: groep 17. Edelgassen: groep 18.

• Metalen staan links en in het midden, niet-metalen rechtsboven. Waterstof is een niet-metaal.

Syllabus M1.5: opbouw, plaats van aardalkalimetalen, alkalimetalen, halogenen en edelgassen, globale verdeling metalen en niet-metalen, verband tussen atoomnummer en plaats. De verdeling is globaal: de elementen langs de trap (zoals B, Si, As, Te) zijn grensgevallen, Binas geeft de details. Veelgemaakte fout: waterstof bij de alkalimetalen rekenen. Image credit: Eigen figuur voor deze les

Natrium, een alkalimetaal, bewaard onder olie (foto: Justin Urgitis, CC BY-SA 2.5)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Eigenschappen verlopen in een groep

• Alkalimetalen (Li, Na, K, ...) reageren heviger met water naarmate je lager in de groep komt.

• Het smeltpunt van de alkalimetalen daalt van boven naar beneden in de groep.

• Halogenen: F₂ en Cl₂ zijn gassen, Br₂ is een vloeistof, I₂ is een vaste stof.

• Edelgassen (He, Ne, Ar, ...) komen voor als losse atomen en reageren nauwelijks.

Syllabus M1.5: het verloop van eigenschappen van elementen in een groep beschrijven. Voor cijfers zoek je smeltpunten op in Binas. Het natrium op de foto wordt onder olie bewaard omdat ze met lucht en water reageren; laat dat alleen zien als demonstratie, met veiligheidsbril en kleine hoeveelheden. De halogenen reageren juist minder heftig naarmate je lager in de groep komt. Image credit: Justin Urgitis / Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.5

Diamant en grafiet bestaan allebei uit koolstof (foto: Itub, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Covalentie uit de plaats in het systeem

• De covalentie is het aantal atoombindingen dat een atoom kan vormen.

• H en de halogenen (F, Cl, Br, I): covalentie 1. O en S (groep 16): covalentie 2.

• N en P (groep 15): covalentie 3. C en Si (groep 14): covalentie 4.

• Voorbeelden: H₂O (O heeft 2 bindingen), NH₃ (N heeft 3), CH₄ (C heeft 4).

Syllabus M1.6: covalentie afleiden uit de plaats in het periodiek systeem voor H, F, Cl, I, Br (1), O, S (2), N, P (3), C, Si (4). Het patroon: groep 14 geeft 4, groep 15 geeft 3, groep 16 geeft 2, groep 17 geeft 1. In diamant heeft elk koolstofatoom 4 bindingen. Lewisstructuren en de octetregel zijn vwo-stof. Image credit: Itub / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Zet op volgorde van laag naar hoog atoomnummer.

1

Lithium

2

Fluor

3

Koolstof

4

Natrium

Li 3, C 6, F 9, Na 11. Verwachte fout: op alfabet of op groep ordenen.

Wat is de covalentie van zwavel?

A

2

B

1

C

3

D

4

Zwavel staat in groep 16, net als zuurstof: covalentie 2. Verwachte fout: 4, omdat C en Si dat hebben.

Wat vond je het lastigst in deze les?

1

Neutronen en massagetal

2

Elektronenconfiguratie

3

Ionen en lading

4

Covalentie

Gebruik de uitslag om te kiezen waar je mee begint bij de examentraining.

Leg in eigen woorden uit wat een isotoop is.

Goed antwoord: atomen van hetzelfde element (zelfde aantal protonen) met een verschillend aantal neutronen.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Begrippen (1/2)

• proton: Positief deeltje in de kern, lading 1+, massa ongeveer 1 u.

• neutron: Ongeladen deeltje in de kern, massa ongeveer 1 u.

• elektron: Negatief deeltje in de elektronenwolk, lading 1−, vrijwel geen massa.

• atoomnummer: Aantal protonen in de kern; bepaalt de atoomsoort en de plaats in het periodiek systeem.

• massagetal: Aantal protonen plus aantal neutronen in de kern.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ATOOMBOUW

Begrippen (2/2)

• isotoop: Atoom met hetzelfde atoomnummer als een ander maar met een ander aantal neutronen.

• elektronenconfiguratie: Aantal elektronen per schil, van binnen naar buiten, bijvoorbeeld 2,8,1.

• atomaire massa-eenheid (u): Eenheid van massa voor atomen: 1/12 van de massa van een koolstof-12-atoom.

• groep en periode: Kolom (groep 1 tot 18) en rij (periode 1 tot 7) in het periodiek systeem.

• covalentie: Aantal atoombindingen dat een atoom vormt, af te leiden uit de plaats in het periodiek systeem.