Embedded Files
Niels Bohr werd geboren in een wetenschappelijke familie. Zijn vader was een leraar in de fysiologie en zijn broer was een onderscheiden wiskundige. Nadat hij gepromoveerd was aan de universiteit van Kopenhagen in Denemarken nam hij een uitnodiging aan om te gaan werken met Rutherford in Cambridge.
Bohr was zeer intelligent en had een verbazingwekkende verbeeldingsvermogen. Hij was niet bang om verder te gaan met het idee van Max Planck dat energie in kleine pakketjes zat die hij kwanta (enkelvoud: kwantum) noemde. Hij gebruikte dit bij Rutherfords model.
Waar werd Bohr door geholpen?
Bohr baseerde zijn onderzoek op het idee van Max Planck. Hij beeldde zich in dat een elektron om een kern heen draaide, behalve als het door een kracht van buitenaf werd verstoord. Dan sprong het naar een ander energieniveau. Een pakje energie kwam er dan bij of ging eraf.
Bohrs atoommodel (1922)
Het grootste gedeelte van de massa van een atoom zit in de centrale kern die bestaat uit protonen.
De elektronen zitten in bepaalde vaste schillen of energieniveaus en draaien om de kern.
De schillen met elektronen zitten ver van de kern vandaan.
Als een schil vol is, dan wordt er een nieuwe schil gemaakt. Dit wordt elektronenconfiguratie genoemd.
Atomen met volle schillen zijn niet scheikundig reactief.
Elektronen bepalen de reactiviteit van het atoom.
Tegenstand van scheikundigen
Terwijl het atoommodel van Bohr het spectrum van een waterstofatoom kon verklaren, dachten scheikundigen niet dat dit model ook de reactiviteit van andere chemische elementen kon verklaren. Volgens hen was zijn theorie gebaseerd op onvolledige natuurkundige gegevens en wiskundige berekeningen. Veel chemici vonden Lewis’ theorie beter. De octettheorie van deze Amerikaan was gebaseerd op echte chemische gegevens. Lewis stelde voor dat een starre kern werd omgeven door kubusvormige elektronenschillen. De elektronen zaten vast op de hoekpunten van die kubussen waardoor elk atoom 8 elektronen in zijn buitenste schil had. Hoewel we nu weten dat de schillen niet kubusvormig zijn (ook niet rond of bolvormig) wordt de octettheorie van Lewis nog wel gebruikt om scheikundige reacties en structuren te verklaren. Je krijgt deze theorie in de bovenbouw samen met de Lewis structuur.
Schillen en CSI
Bohr kon aantonen dat de elektronen inderdaad in schillen zaten en dat elk van die schillen stond voor een ander energieniveau; Hoe hoger de schil, des te meer energie moest het elektron bezitten om daar te zijn. Dankzij deze schillen kunnen we nu begrijpen hoe fluorescentie (blacklight) werkt. Fluorescentie zie je op feestjes en bankbiljetten, maar als je CSI of een andere politieserie kijkt zie je het ook worden gebruikt om bloed en andere sporen weer zichtbaar te maken nadat ze door de moordenaar zijn schoongemaakt.
Je moet weten dat elk lichtdeeltje een bepaalde hoeveelheid energie heeft en die hoeveelheid energie bepaalt zijn kleur.
Wanneer een lichtdeeltje op een atoom valt en het lichtdeeltje heeft precies de juiste hoeveelheid energie om een elektron naar een hogere schil te tillen, wordt het lichtdeeltje geabsorbeerd om dat te doen.
Wanneer het elektron nu weer teruggaat naar zijn originele plek straalt hij weer een lichtdeeltje uit met precies dezelfde hoeveelheid energie en dus dezelfde kleur.
Wat we dankzij Bohrs schillen weten is dat het elektron in die bovenste schil alvast een beetje energie kan kwijtraken. Wanneer het elektron dan teruggaat naar zijn originele plek hoeft hij minder energie uit te zenden. Het lichtdeeltje heeft dan een andere kleur.
Omdat het lichtdeeltje minder energie heeft moeten we naar links op het spectrum en daar ligt het “geheim” van fluorescentie, een stof kan onzichtbaar UV licht veranderen in een lichtkleur die wij wel kunnen zien. De stof lijkt dan vanzelf licht te geven.
Hoeveel energie er nodig is om het elektron naar een hogere baan te tillen, hoeveel energie het elektron in die hogere baan al kwijt kan raken en hoeveel energie er dus overblijft om weer uit te stralen, hangt af van het atoom zelf, maar vooral van het molecuul waar dat atoom op dat moment in zit.
Bij alle moleculen, dus ook de grote moleculen zoals je die in levende wezens vindt, kan je uitrekenen of Uv-licht wel zorgt voor zichtbare fluorescentie. Als dat zo is kan je met het juiste Uv-licht dus heel kleine hoeveelheden van die stof toch vinden door die stof licht te laten geven.
Helaas CSI-fans: Bloed fluoresceert niet met Uv-licht. Om bloed te vinden zijn er andere methodes. Urine fluoresceert wel, de foto bovenaan is dus een ander soort “crime-scene”.
Opdrachten:
21. Leg uit wat het verschil tussen het modellen van Bohr en Rutherford is.
22. Leg uit waarom fluorescentie geen infrarood licht kan veranderen in zichtbaar licht.
23. Leg uit waarom fluorescentie dat van UV naar blauw licht gaat veel handiger is dan fluorescentie dat van blauw naar geel licht gaat.
Elektronenconfiguratie
In Bohrs model staat:
De elektronen zitten in bepaalde vaste schillen of energieniveaus en draaien om de kern
Als een schil vol is, dan wordt er een nieuwe schil gemaakt. Dit wordt elektronenconfiguratie genoemd.
Waterstof heeft één proton in de kern en één elektron dat er omheen draait:
Lithium heeft drie protonen en dus ook drie elektronen. In de binnenste schil passen slechts twee elektronen dus het derde elektron komt in de tweede schil.
De elektronenconfiguratie is 2,1.
De elektronenschillen worden aangegeven met een hoofdletter.
De letter K (n=1) staat voor de binnenste schil hier kunnen maximaal 2 elektronen in.
De letter L (n=2) is de letter van de tweede schil hier en kunnen maximaal 8 elektronen in.
Dan komen de schillen M (n=3), N, O, P. Daarin zitten dan maximaal 2n2 elektronen.
Dus in schil N, wat de 4de schil is dus n=4, zitten maximaal 2∙42 = 2∙16 = 32 elektronen.
Zelfs tijdens Bohrs leven werd zijn model aangepast om waarnemingen tijdens experimenten beter te verklaren. Er werd ontdekt dat de schillen zijn onderverdeeld in subschillen, deze krijgen de kleine letters s, p, d, f en g. De schil met n=3 heeft 2 subschillen, de schil n=4 heeft er 3 etc. Voor elementen groter dan Argon wordt de volgorde waarin de (sub)schillen worden gevuld een beetje vreemd. De eerste subschil van de vierde schil wordt gevuld voordat de derde schil vol is. De elektronenconfiguratie van Calcium is 2,8,8,2. De configuratie voor Scandium is 2,8,9,2, Titaan is 2,8,10,2.
Nota: De letters voor de schillen (de hoofdletters) worden nog maar weinig gebruikt, men gebruikt nu het getal voor de schil, maar wel de kleine letter voor de subschil.
Opdrachten:
24. Teken een magnesium atoom volgens Bohrs model.
25. Wat is de elektronenconfiguratie van dit atoom?
26. Leg uit wat het verschil tussen het modellen van Bohr en Rutherford is.
27. De scheikundigen hadden een voorkeur voor het model van Lewis en nu weten we dat ze hierin ongelijk hadden, maar leg eens uit of hun argument eigenlijk wel een goed argument was.
Page updated
Google Sites
Report abuse