Chemie 3 Atomen, ionen en het PSE (module 4)

• newEditor
• Natuurwetenschappen
• Secundair onderwijs
• Algemeen secundair onderwijs
• Domeinoverschrijdend
• Leerjaar 3

Atomen, ionen en het PSE

Deze les bundelt de opgegeven leerdoelen in één inhoudelijke lijn: van bouw van het atoom naar afleiden van gegevens met het PSE en tenslotte verbanden tussen plaats en eigenschappen.

Lesdoelen

Ik kan aangeven waaruit een atoom opgebouwd is

Ik kan de atoombouw linken aan het periodiek systeem

Ik kan met het periodiek systeem gegevens over protonen, neutronen en elektronen bepalen voor een element

Ik kan de elektronenconfiguratie geven van de elementen tot Z = 18

Ik kan atomen symbolisch wordt voorstellen

Ik kan aangeven waar in het PSE een atoom staat en welke eigenschappen daarbij horen.

Inhoudstafel

• Bouw van een atoom: elementaire deeltjes, atoomnummer, massagetal

• Het atoommodel van Bohr: elektronen op schillen

• Het periodiek systeem

• Het atoommodel: notaties

• Eigenschappen van elementen in het PSE

Bouw van een atoom

De video is in het Engels maar je kan deze in het Nederland vertalen door:
Ondertitels → Automatisch genereren → Nederlands

Verbind dit met eerdere voorbeelden: hout bevat onder meer koolstofverbindingen; water bestaat uit waterstof en zuurstof.

Atoomnummer, massagetal, isotopen

Verbind dit met eerdere voorbeelden: hout bevat onder meer koolstofverbindingen; water bestaat uit waterstof en zuurstof.

Welke woorden koppel jij al aan atomen en het Periodiek systeem?

Gebruik de woordwolk om voorkennis en mogelijke misvattingen zichtbaar te maken. Pik kernwoorden op zoals proton, neutron, elektron, lading, schillen, groep en periode.

Bouw van een atoom

De video is in het Engels maar je kan deze in het Nederland vertalen door:
Ondertitels → Automatisch genereren → Nederlands

Verbind dit met eerdere voorbeelden: hout bevat onder meer koolstofverbindingen; water bestaat uit waterstof en zuurstof.

De bouw van een atoom

• Een atoom bestaat uit een atoomkern en een elektronenwolk
  

• In de kern zitten protonen en neutronen
  

• Rond de kern bewegen elektronen in de elektronenwolk

Benadruk dat een schema of afbeelding niet op schaal is: de kern is zeer klein, maar bevat bijna alle massa.

Elementaire deeltjes en hun eigenschappen

De deeltjes waaruit atomen bestaan noemen we elementaire deeltjes

• Proton (p⁺): lading +1, in de atoomkern

• Neutron (n⁰): lading 0, in de atoomkern

• Elektron (e⁻): lading -1, buiten de kern

• Protonen en neutronen bepalen bijna alle massa van het atoom: de volledige massa van een atoom zit dus in de kern

• Elektronen hebben bijna geen massa en bepalen mee het chemisch gedrag van een atoom

Gebruik consequent dezelfde symbolen. De term 'eenheidslading' mag kort benoemd worden als de standaardlading van +1 of -1 per elementair deeltje.

Atoomnummer, massagetal, isotopen

Verbind dit met eerdere voorbeelden: hout bevat onder meer koolstofverbindingen; water bestaat uit waterstof en zuurstof.

Atoomnummer en massagetal

• De samenstelling van een atoom bepaalt direct zijn chemische eigenschappen. We definiëren dus enkele getallen om dit aan te geven.
  

• Atoomnummer Z = aantal protonen p⁺

• Massagetal A = aantal protonen + aantal neutronen = p⁺ + n⁰

• Dus: aantal neutronen n⁰ = A - Z
  

• Het aantal protonen bepaalt om welk element het gaat

• In neutrale toestand bevat een atoom evenveel elektronen als protonen

Leerlingen verwarren A en Z vaak. Herhaal dat het element altijd door Z vastligt, niet door A.

Symbolische voorstelling

Een atoom of ion noteer je als een
elementsymbool met cijfers erbij.

• links onder: atoomnummer Z

• links boven: massagetal A

• rechts boven: lading van het ion, als die er is

• het elementsymbool volgt uit het aantal protonen
  

• Opmerking: in chemie wordt vaak enkel het symbool voor het element genoteerd aangezien dit de chemische eigenschappen bepaalt

De gebruiker gaf A en Z omgekeerd in de prompt; hanteer hier de conventionele notatie: Z = atoomnummer, A = massagetal.

Isotopen

• Deeltjes met eenzelfde aantal protonen, behoren tot hetzelfde element

• Ze kunnen echter wel een verschillend aantal neutronen en bijgevolg een verschillend massagetal hebben en nog steeds tot hetzelfde element behoren!

Hiernaast zie je 2 C-kernen

Beide zijn C, want ze hebben 6 p⁺

Maar de rechter C heeft 1 n⁰ meer en dus een andere massa!

We zeggen dat beide kernen isotopen zijn van het element koolstof

De gebruiker gaf A en Z omgekeerd in de prompt; hanteer hier de conventionele notatie: Z = atoomnummer, A = massagetal.

Hoe bepaal je om welk deeltje het gaat?

Werk in vaste volgorde:

• bepaal het aantal protonen → element

• bepaal het aantal neutronen en tel deze op bij de protonen → massagetal

• noteer daarna de volledige symbolische voorstelling

Deze slide geeft een bruikbare redeneerroute voor zelfstandig studerende leerlingen.

Oefenen op het bouwen van atomen?

https://phet.colorado.edu/sims/html/build-an-atom/latest/build-an-atom_all.html?locale=nl

Hier kan je zelf een atoom bouwen door protonen, neutronen en daarbij ook elektronen te voegen en dit te linken aan het PSE

Deze slide geeft een bruikbare redeneerroute voor zelfstandig studerende leerlingen.

Welk deeltje bevindt zich buiten de atoomkern?

A

proton

B

neutron

C

elektron

D

nucleon

'Nucleon' is een verzamelnaam voor protonen en neutronen, dus die zitten in de kern.

Welk deeltje is positief geladen?

A

proton

B

neutron

C

elektron

D

nucleon

'Nucleon' is een verzamelnaam voor protonen en neutronen, dus die zitten in de kern.

Hoeveel protonen heeft dit atoom?

A

14

B

6

C

20

D

8

'Nucleon' is een verzamelnaam voor protonen en neutronen, dus die zitten in de kern.

Wat is de atoommassa?

A

14

B

6

C

20

D

8

'Nucleon' is een verzamelnaam voor protonen en neutronen, dus die zitten in de kern.

Hoeveel neutronen bevat het?

A

14

B

6

C

20

D

8

'Nucleon' is een verzamelnaam voor protonen en neutronen, dus die zitten in de kern.

Vul de kernbegrippen aan

Een atoom bestaat uit een atoomkern en een elektronenwolk. In de kern zitten protonen en neutronen.
Het atoomnummer is gelijk aan het aantal protonen.
Het massagetal is het totaal van protonen en neutronen.

atoomkern

protonen

atoomnummer

massagetal

elektronen

neutraal

massa

Alle begrippen komen letterlijk uit de voorgaande slides over bouw van het atoom, A/Z en symbolische voorstelling.

Het atoommodel van Bohr

Elektronen zweven niet willekeurig rond de atoomkern, ze bevinden zich op energieniveaus: de elektronenschillen

Bohr-model en elektronenconfiguratie

Bij de eerste 18 elementen worden elektronen verdeeld
over schillen volgens het eenvoudige patroon

• 1e schil (K schil) : maximaal 2

• 2e schil (L schil) : maximaal 8

• 3e schil (M schil) : maximaal 8

bv Na heeft 11 elektronen, de
elektronenconfiguratie is 2,8,1.

De elektronen op de buitenste schil noemen we
valentie-elektronen. Zo heeft Na 1 valentie-elektron

Beperk dit bewust tot de eerste 18 elementen, zoals gevraagd in de leerdoelen.

Het element chloor (Cl) heeft als atoomnummer 17. Wat is de elektronenconfiguratie van Cl?

A

8 8 1

B

1 8 8

C

2 8 7

D

2 7 8

'Nucleon' is een verzamelnaam voor protonen en neutronen, dus die zitten in de kern.

Het element chloor (Cl) heeft als atoomnummer 17.
Hoeveel elektronen zitten er op de K schil?

A

2

B

8

C

7

D

17

'Nucleon' is een verzamelnaam voor protonen en neutronen, dus die zitten in de kern.

Het element chloor (Cl) heeft als atoomnummer 17.
Hoeveel valentie-elektronen heeft Cl?

A

1

B

7

C

10

D

17

'Nucleon' is een verzamelnaam voor protonen en neutronen, dus die zitten in de kern.

Een atoom heeft als elektronenconfiguratie 2 4.

Om welk element gaat het?

A

He

B

Be

C

C

D

O

'Nucleon' is een verzamelnaam voor protonen en neutronen, dus die zitten in de kern.

Het PSE als kaart van elementen

• Het periodiek systeem der elementen ordent alle elementen volgens stijgend atoomnummer
  

• Elk vakje hoort bij één element
  

• In elk vakje vind je minstens het symbool en het atoomnummer
  

• Met dat vakje leid je veel andere informatie af

Gebruik de afkorting PSE vanaf hier consequent.

Wat lees je direct af uit het PSE?

• Atoomnummer Z (bv 3)
  

• Elementsymbool (bv Li)
  

• Naam van het element (bv Lithium)
  

• Vaak ook een relatieve atoommassa A (bv 6,941)

Daaruit volgt meteen: aantal protonen = atoomnummer.

Als de tabel een decimale atoommassa toont, leg uit dat die niet hetzelfde is als het massagetal van één specifiek atoom.

Wat leid je af uit het PSE?

Voor een bepaald atoom of ion kun je afleiden:

• aantal protonen ( = Z)

• aantal elektronen in neutrale toestand ( = Z)

• bij gegeven massagetal: aantal neutronen ( = A-Z

• plaats tussen metalen, niet-metalen en edelgassen

Neutronen staan niet rechtstreeks in het PSE; dat moet je afleiden met een gegeven massagetal.

Elektronenstipmodel

• Het elektronenstipmodel toont alleen de valentie-elektronen

• Dat zijn de elektronen in de buitenste schil, zij bepalen het chemisch gedrag

• Je tekent een elektron steeds als een stip boven, onder of naast het symbool

• bij meer dan 4 elektronen maak je elektronenparen die je noteert als een streepje. Je start dus pas met paren als elke zijde 1 elektron heeft gekregen

Gebruik hier eventueel de term Lewis-notatie als extra achtergrond, maar houd op de slide 'elektronenstipmodel' aan.

Voorstellingen van elektronenconfiguraties

Je ziet een stuk van het PSE, hoeveel protonen heeft Mg?

A

1

B

2

C

12

D

24

Sluit aan bij de brug van PSE naar Bohr-model: periode = aantal bezette schillen.

Je ziet een stuk van het PSE, valentie-elektronen heeft Mg?

A

1

B

2

C

3

D

12

Sluit aan bij de brug van PSE naar Bohr-model: periode = aantal bezette schillen.

Wat geeft het elektronstipmodel aan?

A

totaal aantal elektronen

B

aantal elektronenschillen

C

aantal elektronen op de binnenste schil

D

aantal elektronen op de buitenste schil

Sluit aan bij de brug van PSE naar Bohr-model: periode = aantal bezette schillen.

Hoeveel valentie-elektronen heeft fluor F?

A

1

B

4

C

7

D

Dat kan je hier niet zien

Sluit aan bij de brug van PSE naar Bohr-model: periode = aantal bezette schillen.

Wat is één inzicht uit deze les dat je zeker onthoudt?

Reflectievraag zonder juist/fout. Laat leerlingen concreet benoemen welke redenering of welk verband is blijven hangen.

Wat hielp jou het meest om dit onderwerp te begrijpen?

Reflectievraag zonder juist/fout. Bruikbaar om te zien welke representatie leerlingen het meest ondersteunt: PSE, Bohr-model, symbolische notatie of ionregels.

Welk onderdeel vond je nog het moeilijkst?

Reflectievraag zonder juist/fout. Gebruik de antwoorden om remediëring te plannen rond A/Z, lading, elektronenconfiguratie of plaats in het PSE.

Begrippenlijst

atoomkern - centrale deel van het atoom waarin protonen en neutronen zitten

proton - positief geladen elementair deeltje in de atoomkern

neutron - neutraal elementair deeltje in de atoomkern

elektron - negatief geladen elementair deeltje buiten de atoomkern

atoomnummer - aantal protonen in de kern van een atoom

massagetal - totaal aantal protonen en neutronen in de kern

symbolische voorstelling - notatie van een atoom of ion met symbool, atoomnummer, massagetal en eventueel lading

Begrippenlijst

elektronenconfiguratie - verdeling van elektronen over de schillen of energieniveaus

elektronenstipmodel - voorstelling waarbij alleen de valentie-elektronen als stippen worden getoond

valentie-elektronen - elektronen in de buitenste bezette schil

atoomnummer geordend zijn