Zusammenhang zwischen der Stellung des Elements Sticksoff im Periodensystem und dem Bau des Stickstoffatoms?
Hi! Ich muss in Chemie als Hausaufgabe den Zusammenhang erklären. Ich weiß aber nicht was ich da schreiben soll... Danke Schon mal für eure Antworten☺
4 Antworten
Moin,
ich habe die bisherigen Antworten hier gelesen, aber ich fürchte, dass ist zum Teil etwas zu "hoch" für dich (obwohl es größtenteils stimmt, was dort steht). Außerdem gehen die Antworten meiner Meinung nach an deiner Frage vorbei, da du ja den Zusammenhang zwischen der Stellung vom Element Stickstoff und dem Bau seiner Atome erfragt hast. Ich glaube, du brauchst eher etwas wie dies hier:
Sticktsoff ist ein Element und folglich im Periodensystem der Elemente (PSE) zu finden. Es hat die Ordnungszahl 7, das heißt, es steht an siebenter Stelle der Elemente hinter Kohlenstoff (Platz 6) und vor Sauerstoff (Platz 8).
Die Ordnungszahl entspricht der Anzahl der positiv geladenen Elementarteilchen, die Atome aufbauen. Man bezeichnet sie auch als Protonen (Ordnungszahl = Protonenzahl).
Da die Protonen im Atomkern zu finden sind, entspricht die Anzahl der Protonen außerdem der Ladung des Kerns, weil die anderen, den Kern aufbauenden Elementarteilchen, die Neutronen, ungeladen sind (Ordnungszahl = Protonenzahl = Kernladungszahl).
Ein Atom vom Element Stickstoff besitzt also in seinem Kern genau sieben Protonen. Als Atom hat es dann auch sieben Elektronen in seiner Hülle, denn Atome sind nach außen hin ungeladen. Das können sie nur dann sein, wenn die sieben positiven Ladungen im Kern (verursacht durch die sieben Protonen) von genau so vielen negativen Ladungen kompensiert (in ihrer Wirkung aufgehoben) werden. Die negativen Ladungsträger in einem Atom nennt man Elektronen; man findet sie in der Atomhülle.
Die Hülle ist im Grunde ein Raum aus "Nichts". Diesen Raum kannst du aber noch einmal in kleinere "Unterräume" gliedern. Diese "Unterräume" entsprechen gewissen Energieniveaus. Ganz innen, dicht am Kern, gibt es einen Raum, der das erste Hauptenergieniveau (HEN) darstellt. In diesen Raum passen maximal zwei Elektronen.
Auf dieses innerste (erste) HEN folgt das etwas weiter außen liegende zweite HEN. In das zweite HEN passen maximal acht Elektronen. Im energieärmsten Zustand (und das ist der Zustand, in dem Atome am stabilsten sind, so dass sie ihn anstreben), werden immer zuerst die innen liegenden HENs maximal mit Elektronen besetzt. Wie sind unter diesen Umständen dann die sieben Elektronen eines Stickstoffatoms auf diese Unterräume verteilt? - Eben: zwei der sieben Elektronen sind im 1. HEN, die fünf übrigen im 2. HEN.
Und genau das kannst du auch an der genialen (Ein-)Ordnung von Elementen im PSE wiederfinden. Das PSE ist nämlich so gebaut, dass du senkrechte Gruppen von waagerechten Perioden unterscheiden kannst. Die Gruppen sind entweder von 1 bis 18 durchnummeriert (diese Zählweise soll uns hier nicht weiter interessieren) oder du kannst sie noch einmal in sogenannte Haupt- und Nebengruppen unterteilen (die Extra-Gruppen, die man Lanthanoide bzw. Actinoide nennt wollen wir hier einmal außer Acht lassen). Und wo finden wir dann Stickstoff? - Genau: Stickstoff steht in der 5. Hauptgruppe (HG) und in der 2. Periode... Merkst du was? Die Zahlen "5" und "2" sind uns doch gerade untergekommen. Tja, die Perioden zeigen dir an, wie viele HENs bei einem Atom des entsprechenden Elements mit Elektronen im Grundzustand besetzt sind. Und die Hauptgruppenzahl zeigt dir, wie viele Elektronen davon Außenelektronen (Valenzelektronen) sind. Und siehe da, beides stimmt: In einem Stickstoffatom sind zwei HENs mit Elektronen besetzt (zwei im 1. HEN, fünf im 2. HEN) und außerdem treten fünf Elektronen im äußeren HEN als Valenzelektronen auf (5. Hauptgruppe heißt fünf Valenzelektronen!).
Und das gilt im Grunde für alle Elemente in den Hauptgruppen. Schwefel steht zum Beispiel an 16. Stelle im PSE, und zwar in der 3. Periode und in der 6. HG. Daraus kannst du jetzt bereits vorhersagen, dass Schwefelatome sechs Außenelektronen (Valenzelektronen) haben und drei HENs mit Elektronen besetzt sind (3. Periode).
Leider gilt die Sache mit den Valenzelektronen nur für die Hauptgruppenelemente. Bei den Elementen aus den Nebengruppen ist das etwas komplizierter. Aber glücklicherweise ist Stickstoff ein Hauptgruppenelement, so dass du diesen Zusammenhang bringen kannst.
Fazit:
1. Stickstoff steht im PSE an 7. Stelle, seine Atome haben daher sieben Protonen im Kern und damit auch insgesamt sieben Elektronen in der Hülle.
2. Stickstoff steht in der 2. Periode. Das zeigt, dass in seinen Atomen im Grundzustand zwei HENs mit Elektronen besetzt sind.
3. Stickstoff steht in der 5. HG, was anzeigt, dass in Stickstoffatomen fünf Valenzelektronen vorhanden sind.
Alles klar?
LG von der Waterkant.
Stickstoff steht in der zweiten Periode des PSE, hat als die Elektronenkonfiguration [He]2s²2p(x)2p(y)2p(z). Auf Grund seiner Kleinheit wirken starke Coulombkräfte auf die Hülle, so dass im N(2)-Molekül über eine sp-Hybridisierung eine Dreifachbindung möglich ist, die es besonders stabil macht (erst bei höheren Temperaturen werden die Bindungen gelockert und das Stickstoffmolekül wird so richtig munter: Das ist die Begründung für das Schutzgasschweißen, da sonst durch N2-Zutrtt aus der Luft durch Nitridbildung die Schweißnaht spröde würde).
Ganz anders sieht es bei den Folgeelementen dieser Gruppe, also Phosphor, Arsen, Bismut und Moscovium aus.
Nehmen wir nur einmal den Phosphor, der auf Grund seines höheren Atomradius keine bei Zimmertemperatur stabilen Dreifachbindung ausbilden kann, sondern unter Heranziehung - nicht vorhandener aber besetzbarer d-Orbitale - P4 Tetraeder ausbilden kann, die je nach Modifikation recht reaktionsfähig (weißer Phosphor), oder mäßig reaktionsfähig (roter Phosphor) sein können. Daneben gibt es noch den reaktionsträgen schwarzen Phosphor (-->Wikipedia, auch für die übrigen Elemente dieser 5.Hauptgurppe).
Stickstoff hat 5 Außenelektronen. Es gibt daraus ergibt sich, dass es 5 wertig sein kann, wie im Nitrat Ion oder auch 3 wertig wie im Ammoniak Beim Stickstoff im Ammoniak gibt es ein freies Elektronenpaar.
Das habe ich auch versucht; natürlich kann ich hier nicht den ganzen Hollemann-Wiberg wiedergeben. Als Chemielehrer mit über 40-jähriger Berufserfahrung kenne ich natürlich auch die Problematik der Didaktischen Reduktion. Mein eigener Chemielehrer, dem ich die Liebe zur Chemie verdanke, hat es damals mit Häkchen und Ärmchen versucht (Stand 1850), später kam dann der gute Bohr dazu (gut für die Ionenbindung und die Spektroskopie, untauglich zur Erklärung der Atombindung), über ein Zwischenspiel mit Kimball-Kalotten in den 50ern kamen in den 70ern endlich 50 Jahre nach Entwicklung der Schrödinger-Gleichung auch die Orbital im Chemie-Unterricht der Schulen an. Wieder sind fast 50 Jahre vergangen, vieles wurde entdeckt, was noch vor Jahrzehnten undenkbar war. Das Problem ist eben, nicht nur am Puls der Zeit zu sein (was ich mit 73 Jahren immer noch versuche), sondern dies auch überzubringen. Ich möchte mich also für meine etwas flapsige Bemerkung (Witzelsucht gilt als mentale Störung, also bitte mildernde Umstände!) in aller Form entschuldigen.
Untersuche einmal die Anzahl der Außenelektronen nach dem Atommodell von Bohr bei den Elementen, die in einer Periode des Periodensystems stehen.
So hätte ich das auch erklärt, nur war ich 1920 noch nicht auf dieser Welt!