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Aufgabe

Periodensystem (Abitur BY 2008 GK A3-2)

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Einen Hinweis auf den Aufbau der Atomhülle mit mehreren Elektronen gibt die sogenannte erste Ionisierungsenergie \({E_{{\rm{I,1}}}}\) in Abhängigkeit von der Ordnungszahl \(Z\): (siehe Abbildung). Dabei handelt es sich um die Energie, die man aufwenden muss, um von einem Atom im Grundzustand ein Elektron zu entfernen.

a)Erläutern Sie, welche Hinweise das Diagramm über den Aufbau der Elektronenhülle gibt. Gehen Sie dabei auf die lokalen Maxima (bei \(Z = 2\) und \(Z = 10\)) und die darauffolgenden Minima des Diagramms ein.

b)Die zweite Ionisierungsenergie ist die Energie, die man aufwenden muss, um dem einfach positiv geladenen Ion im Grundzustand ein weiteres Elektron zu entreißen.

Beschreiben Sie (für \(Z > 1\)) qualitativ den Verlauf dieser zweiten Ionisierungsenergie im Vergleich zur ersten.

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Hinweis: Bei dieser Lösung von LEIFIphysik handelt es sich nicht um den amtlichen Lösungsvorschlag des bayr. Kultusministeriums.

a)Das Diagramm gibt Hinweise auf den schalenartigen Aufbau der Atomhülle. Atome mit abgeschlossenen Schalen (lokale Maxima bei \(Z = 2\) und \(Z = 10\)) sind sehr stabil und besitzen daher eine sehr hohe erste Ionisierungsenergie. Ihnen folgen mit der nächst höheren Ordnungszahl Atome, bei denen eine neue Schale mit nur einem Elektron besetzt ist. Diese Atome (z.B. Alkalimetalle) besitzen eine relativ niedrige erste Ionisierungsenergie.

b)Nach dem Entfernen des ersten Hüllenelektrons besitzen nun die Alkalimetalle abgeschlossene Schalen. Die neuen Maxima für die zweite Ionisierungsenergie befinden sich an den Stellen \(Z = 3\) und \(Z = 11\), die Minima bei \(Z = 4\) und \(Z = 12\). Die Kurve für die zweite Ionisierungsenergie ist in ihrem groben Verlauf um eine Einheit nach rechts verschoben. Außerdem sind aufgrund der höheren Kernladungszahlen die Werte für die zweite Ionisierungsenergie höher.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Atomphysik

Atomaufbau