Neutronen & elektronenconfiguratie

Over chemie wat niet in een andere categorie past.
Post Reply
Carharttguy
Lithium
Posts: 59
Joined: 12 Aug 2010, 19:18

Neutronen & elektronenconfiguratie

Post by Carharttguy » 27 Aug 2012, 21:21

Hallo,

Hier ben ik weer.
Weinig verandering aan mijn chemiekennis, wegens omstandigheden. Maar ik heb m'n chemieboekje weer bovengehaald. En de stofjes/glaswerk staan ook al klaar in de garage, volle moed ertegenaan. Nu is het eerst nog een beetje theorie, wat in het begin soms een beetje een zure appel kan zijn.

Dus, tijdens het lezen kwam ik enkele dingen tegen waar ik graag iets meer zou over vragen hier:

-In mijn boekje 'Kleine scheikunde voor dummies' staat:
Er bestaat zelfs een isotoop van waterstof met twee neutronen. Die heet tritium. Tritium komt op aarde niet van nature voor, maar kan wel gemakkelijk gemaakt worden.
Nu geloof ik dat natuurlijk wel allemaal, maar als het zo makkelijk te maken is, hoe doe je dat dan juist? Vanwaar haal je een losse atoom, en hoe stop je die in een atoomkern? Een paar pagina's terug stond in m'n boek dat er bij chemische reacties alleen elektronen worden uitgewisseld. Dus er moet een andere methode dan reacties zijn om Tritium te maken?

Waarom staan er maar 3 isotopen van Waterstof in het boekje? Waterstof, deuterium en tritium, waarom kunnen er bijvoorbeeld geen 20 neutronen in die kern gestopt worden? Waarom gaan er maximum 3 neutronen in die kern, wat bepaald dat?

Ook, nog een uitbreiding op die vraag: Heeft deuterium dezelfde fysische eigenschappen als tritium? Is het allebei vloeibaar tussen de 0°C en 100°C? En ik bedoel die vraag natuurlijk niet alleen voor de isotopen van waterstof, maar in het algemeen, veranderen extra neutronen fysische eigenschappen van atomen?

Nu even over elektronenconfiguraties:

Ik weet dat atomen ernaar streven om hun buitenste schil vol te krijgen, zodat ze 'edel' worden. Echter, op wikipeda vind ik hier dat de schillen van binnen naar buiten respectievelijk 2,8,18,32,32,32,32 elektronen kunnen bevatten.
Echter, op deze website vind ik dat goud (Au) een configuratie heeft van 2,8,18,32,18,1. Nu, hoe is dit mogelijk? Waarom zit die laatste elektron op haar eigen schil? Waarom is de configuratie van goud niet 2,8,18,32,19?

Hartelijk dank voor het lezen van mijn vraag.

User avatar
Wouter
Krypton
Posts: 1982
Joined: 02 Aug 2008, 01:47
Chemistry interests: Organic
Location: Groesbeek, Gelderland
Contact:

Re: Neutronen & elektronenconfiguratie

Post by Wouter » 27 Aug 2012, 21:56

Gemakkelijk moet je met een korrel zout nemen. Het is relatief gemakkelijk te maken door deuterium te beschieten met neutronen of door lithium met een neutron te beschieten wat weer uit elkaar valt in tritium en helium. Dat is echter geen chemie maar natuurkunde. Desalniettemin interessante stof, doch onmogelijk toepasbaar voor amateurs.

Er zijn maar drie (te isoleren) isotopen van waterstof omdat isotopen met meer neutronen niet kunnen bestaan zonder spontaan uit elkaar te vallen tot lichtere deeltjes (4H -> 3H + n. Wat hier precies de beperkende factor achter is zou ik niet weten en is naar mijn weten nog een mysterie dat opgelost moet worden. Wat je wel kan zien is dat er een tendens is in de isotopenverdeling dat er niet heel veel meer (en minder) dan tweemaal het aantal neutronen ten opzichte van het aantal protonen: http://en.wikipedia.org/wiki/Table_of_n ... omplete%29.
Andere waterstofisotopen: http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen-4#Hydrogen-4.

Zwaar water heeft bijna dezelfde eigenschappen als gewoon water, maar er zijn wat verschillen. De dichtheid is vanzelfsprekend hoger en het smeltpunt ligt bij 4 °C ipv 0 °C. Het kookpunt is 101 °C tov 100 °C: http://en.wikipedia.org/wiki/Heavy_water.
Organisch chemicus

Carharttguy
Lithium
Posts: 59
Joined: 12 Aug 2010, 19:18

Re: Neutronen & elektronenconfiguratie

Post by Carharttguy » 28 Aug 2012, 15:39

Hartelijk bedankt voor je uitleg (en interessante links)!

Is er ook iemand die kan antwoorden op m'n vraag over de elektronenconfiguratie van Au?
Ik probeer deze dingen goed te snappen voor ik aan reactievergelijkingen begin! :)

User avatar
Wouter
Krypton
Posts: 1982
Joined: 02 Aug 2008, 01:47
Chemistry interests: Organic
Location: Groesbeek, Gelderland
Contact:

Re: Neutronen & elektronenconfiguratie

Post by Wouter » 28 Aug 2012, 21:16

http://en.wikipedia.org/wiki/18-Electron_rule.

Dit is voor mij inmiddels al vrij lang geleden, ik weet er niet meer het mijne van, dat zal wat verdieping vereisen.
Organisch chemicus

Carharttguy
Lithium
Posts: 59
Joined: 12 Aug 2010, 19:18

Re: Neutronen & elektronenconfiguratie

Post by Carharttguy » 28 Aug 2012, 21:46

Hartelijk dank, blijkbaar heb ik dus pech gehad dat ik net Au koos uit de lijst, en geen ander element.
Hier leid ik uit af dat dit geen paraat vereiste kennis is om te snappen wat er gebeurt bij reacties?

Ik wil nu ook niet verdwalen in details! :)

User avatar
Wouter
Krypton
Posts: 1982
Joined: 02 Aug 2008, 01:47
Chemistry interests: Organic
Location: Groesbeek, Gelderland
Contact:

Re: Neutronen & elektronenconfiguratie

Post by Wouter » 28 Aug 2012, 22:00

Absoluut niet. Pas als je complexe anorganische chemie gaat behandelen zal het misschien aan bod komen.
Organisch chemicus

User avatar
woelen
Kobalt
Posts: 1300
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Neutronen & elektronenconfiguratie

Post by woelen » 29 Aug 2012, 09:19

De regel dat een electron altijd in de laagste schil gaat zitten met nog vrije plekken gaat lang niet altijd op. Voor veel elementen is een plek in een hogere schil energetisch meer gunstig. In de natuur zoekt een systeem altijd de toestand met de laagste energie en voor atomen is het dus blijkbaar zo dat in veel situaties de laagste energie niet altijd overeenkomt met een configuratie in de laagste electronenschillen. Om het laagste energieniveau te bepalen moet flink gerekend worden, berekeningen waar zeer krachtige computers uren aan rekenen, gebruikmakend van gedetailleerde quantummechanische modellen. Dit is beslist geen beginners-theorie en ik zou me eerst maar eens gaan wijden aan reactievergelijkingen en basis-chemie van de verschillende elementen. Aan die quantummechanische beschrijving komen zelfs veel chemici nauwelijks toe in de praktijk, dat is echt iets voor de mensen die meer fundamenteel onderzoek doen en daarin nieuwe zaken willen ontdekken of ontwikkelen.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

Carharttguy
Lithium
Posts: 59
Joined: 12 Aug 2010, 19:18

Re: Neutronen & elektronenconfiguratie

Post by Carharttguy » 29 Aug 2012, 10:04

Bedankt voor jullie uitleg!
Het idee nu een stuk duidelijker voor me. Soms is het als beginner niet altijd even makkelijk om doordat de bomen het bos te zien. Maar ik ga me nu dus richten op reactievergelijkingen.

Hartelijk dank.

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Neutronen & elektronenconfiguratie

Post by spidey » 29 Aug 2012, 11:48

Wat wel handig is, is om de vorm van het periodiek systeem te bekijken. De periodes/groepen geven namelijk aan welke schillen gevuld worden. Groep 1 en 2 vullen de s schil (behalve voor helium); groep 13-18 vullen de p schil; groepen 3-12 vullen de d-schil. De f-schil wordt gevuld bij de lanthaniden en actiniden; die hoort in wezen tussen groep 3 en 4 in, maar wordt er altijd onder aangegeven, omdat het systeem anders niet op een normaal formaat papier is af te drukken.

Merk op dat de periodes bepalen welke schillen er bestaan. Periode 1 heeft alleen de s schil, waar 2 electronen in kunnen (1 spin down en 1 spin up). Helium heeft met twee protonen in de kern twee electronen in de schillen, die beide in het 1s orbitaal (= 1s schil) zitten. Er zijn daarom maar 2 atomen die alleen de 1 s schil hebben, H en He. Daarom bestaat de eerste periode uit slechts 2 atomen.

De tweede periode heeft de s en de p schil, SAMEN met de s schil van de eerste periode. Eerst wordt de 2s schil opgevuld, dan de 2p schil. In een p schil kunnen echter niet 2 electronen, maar 2*(2+1) = 6 electronen worden ondergebracht. Het vullen van de p schil van de 2e periode, de 2p schil, start bij B en eindigt bij Ne.

De derde periode heeft de s, de p en de d schil. Het vullen van de 3d schil is echter energetisch zo ongunstig dat dit niet in de derde periode gebeurt. De energie voor het vullen van de 4s schil is namelijk lager dan het vullen van de 3d schil. Daarom zie je dat periode 3 geen atomen heeft in de groepen 3 t/m 12.

De vierde periode heeft de s, p, d en f schil. Net zoals geldt bij de d schil van periode 3, wordt de d schil van periode 4 pas gevuld in periode 5. Het vullen van de 4f schil gebeurt pas bij periode 6. In periode 4 wordt in groepen 3 t/m 12 de 3d schil gevuld.

Zoals je ziet, geeft de groep aan wat het hoogste nummer van de s schil is die gevuld wordt. In groep 4 wordt de 1s schil gevuld, de 2s schil, de 3s schil en ook de 4s schil. Maar de 5s schil blijft leeg.

De aantallen electronen die in een schil kunnen worden ondergebracht zijn niet willekeurig. Hier ligt de volgende kwantummechanica aan te grondslag. Wat in het periodiek systeem het periodenummer is, wordt in de kwantummechanica het hoofdquantumgetal N genoemd (periode 1 heeft N = 0). Bij iedere waarde n van het hoofdquantumgetal N is er een baanimpuls L^, waarvoor geldt dat l := |L^| <= n. Dit betekent dat l = |L^|, de absolute waarde van L^ (= de vector L), <= n moet zijn. De eerste periode heeft n = 0. Dat betekent dat |L^| = 0 en dus kan L alleen de waarde 0 hebben. Voor iedere waarde van L kunnen de electronen nog de spin-waarden +1/2 en -1/2 aannemen. Zodoende zitten er in periode 1 maximaal 2 electronen met n=0, l=0 en s=+1/2 of -1/2.

Voor periode 2 geldt N=1. N kan de waarden n=0 en n=1 aannemen. Er geldt altijd dat 0 <= n <= N. Voor n=0 hebben we dezelfde situatie als in periode 1, wat ons twee electronen in de 2s schil oplevert met l=0 en s = +1/2 en -1/2.
Voor n=1 geldt dat L^ = n = 1 en dat betekent dat l alle heeltallige waarden tussen -1 en 1 kan aannemen, dus -1, 0 en 1. (Dat komt omdat L^ een vector is, terwijl N een scalar is.) Voor iedere waarde van l hebben we steeds de twee mogelijke waarden voor s van +1/2 en -1/2, dus kunnen er in totaal 6 electronen in de 2p schil. De 2p schil heeft n=1, L^=1 en s=+1/2, -1/2.

Algemeen geldt dat een s schil heeft L^ = 0. Een p schil heeft L^ = 1, een d schil heeft L^ = 2, en een f schil heeft L^ = 3. De altijd ongevulde g schil heeft L^ = 4, etc. In de scheikunde kunnen alleen de s, p, d en f schillen gevuld zijn. De hogere schillen bestaan wel, maar zijn altijd ongevuld en spelen alleen bij sommige natuurkundige processen een rol.

De d schillen hebben L^ = 2, dus l heeft de waarden -2 ... 2, 5 waarden in totaal. Bij iedere waarde voor l kan s weer de waarden -1/2 en +1/2 aannemen, wat leidt tot maximaal 10 electronen in een d schil. Net zo kom je bij de f schil op 14 electroenen uit. Daarom zie je in het periodiek systeem terug dat er 10 groepen nodig zijn op de d schil te vullen (de groepen met nummers 3 t/m 12).

Het zal je niet verbazen dat de s, p, d en f schillen (veelal orbitalen genoemd) niet alleen wat betreft kwantumgetallen verschillen, maar dat ze ook andere eigenschappen hebben, zoals hun vorm. Die vorm geeft weer aanleiding tot een bepaald chemisch gedrag. De chemie van de p-blok elementen heeft daarom bepaalde overeenkomsten, net zoals de chemie van de s-blok elementen dat heeft en die van de d-blok en f-blok elementen idem dito.

Het is helemaal niet nodig om dit allemaal te begrijpen en paraat te hebben om je met scheikunde bezig te houden. het belangrijkste wat ik met deze uitleg wil aangeven is dat er een heel duidelijke structuur in het periodiek systeem zit en dat de plaats van een element in het periodiek systeem iets zegt over wat voor chemisch gedrag je mag verwachten. In het bijzonder geeft de groep in het periodiek systeem dat gedrag aan. Alle groep 18 elementen zijn edelgassen, omdat alle schillen van de betreffende periode (hoofdkwantumgetal N) zijn gevuld. Omgekeerd zijn alle groep 1 elementen zeer reactief (op waterstof na). en komen ze vrijwel als ion met de lading +1 voor.

Post Reply

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 4 guests