De geschiedenis van atomen

Ooit dacht de Griekse filosoof Democritus dat er onzichtbare, ondeelbare deeltjes bestonden - hij noemde ze atomen (Grieks voor "ondeelbaar"). Helaas won Aristoteles het destijds met zijn theorie dat alles bestond uit vier elementen: aarde, water, vuur en lucht.

Pas rond 1800, meer dan 21 eeuwen later, kregen natuurwetenschappers het eindelijk goed. Ze ontdekten dat materie bestaat uit moleculen (zeer kleine deeltjes) en moleculen bestaan uit atomen (nog kleinere deeltjes).

Dalton (1766-1844) stelde zich atomen voor als massieve bolletjes die ondeelbaar waren. Elk element had zijn eigen unieke atomen die zich konden verbinden tot nieuwe stoffen.

💡 Onthoud: Daltons theorie dat atomen ondeelbaar zijn, bleek later niet helemaal te kloppen!

Thomson (1856-1940) ontdekte dat atomen toch niet zo simpel waren - ze bevatten negatief geladen elektronen in een positief geladen bol.

Moderne atoommodellen

Rutherford (1871-1937) blies alle vorige theorieën omver! Hij ontdekte dat atomen vooral lege ruimte zijn met een kleine, compacte kern vol protonen en neutronen. Daaromheen zweeft een elektronenwolk - en omdat de lading van de wolk precies gelijk is aan die van de kern, blijft het atoom netjes neutraal.

Bohr (1865-1962) verfijnde dit model verder, en James Chadwick (1891-1974) ontdekte in 1932 het neutron - een deeltje zonder lading.

Nu weten we dat atomen bestaan uit drie bouwstenen:

• Protonen $kern, massa 1u, lading 1+$
• Neutronen (kern, massa 1u, geen lading)
• Elektronen $elektronenwolk, massa 0,0005u, lading 1-$

💡 Handig: De massa van protonen en neutronen is bijna identiek, elektronen zijn veel lichter!

Zuivere stoffen deel je in drie categorieën in: metalen (één soort metaalatomen), zouten $combinatie van metaal- en niet-metaalionen$, en moleculaire stoffen (geen metaalatomen).

Moleculen en atomen

Bij moleculaire stoffen zijn moleculen de bouwstenen, en moleculen bestaan uit groepjes atomen. Er bestaan meer dan 100 verschillende atoomsoorten (ook wel elementen genoemd), elk met hun eigen naam en symbool (afkorting).

Elk atoom heeft drie onderdelen: protonen (kern, positief), neutronen (kern, neutraal) en elektronen (schillen, negatief). Normaal gesproken heeft een atoom evenveel protonen als elektronen, waardoor het ongeladen is.

Elektronenschillen hebben verschillende capaciteiten: de eerste schil past 2 elektronen, de volgende schillen 8 elektronen. Wanneer een atoom elektronen afstaat of opneemt van andere atomen, wordt het een ion.

💡 Belangrijk: Atomen willen altijd een volle buitenste schil - dat maakt ze stabiel!

Je kunt stoffen op verschillende manieren weergeven: molecuulformules (zoals C₂H₆O), structuurformules (met streepjes tussen atomen) en ruimtelijke modellen.

Een stof is ofwel een element $één atoomsoort, niet-ontleedbaar$ of een verbinding (meerdere atoomsoorten, ontleedbaar).

Het periodiek systeem

Het periodiek systeem toont alle bekende atoomsoorten, gerangschikt op atoomnummer. Dmitri Mendelejev (1834-1907) was de grondlegger - hij liet zelfs plekken leeg voor nog te ontdekken elementen! Henry Moseley (1887-1915) zorgde er later voor dat die lege plekken gevuld werden.

Het systeem bestaat uit horizontale rijen (perioden) en verticale rijen (groepen). Atoomsoorten in dezelfde groep lijken erg op elkaar en hebben soortgelijke eigenschappen.

Alkalimetalen (groep 1, behalve waterstof) staan makkelijk elektronen af en reageren heftig met water. Ze gaan graag reacties aan met halogenen uit groep 17.

💡 Tip: Halogenen hebben 7 elektronen in hun buitenste schil - ze willen er graag één bij!

Halogenen (groep 17) hebben hun buitenste schil bijna vol (7 elektronen) en vormen daarom makkelijk reacties met alkalimetalen om een edelgasconfiguratie te krijgen.

Edelgassen en isotopen

Edelgassen (groep 18) zijn de luiaards van het periodiek systeem - hun buitenste elektronenschil is helemaal vol, dus ze reageren met niks. Perfect tevreden zoals ze zijn!

Elk atoom heeft een uniek atoomnummer - het aantal protonen in de kern. Het massagetal is het totaal van protonen plus neutronen in de atoomkern.

Isotopen zijn atomen van hetzelfde element met verschillende massagetallen. Ze hebben hetzelfde aantal protonen (zelfde atoomnummer) maar verschillende aantallen neutronen.

💡 Onthoud: Isotopen zijn als broers en zussen - familie van hetzelfde element, maar niet identiek!

Je schrijft atomen op als: ᵐZQ (massagetal boven, atoomnummer onder) of als Q-m $element-massagetal$.

De elektronenconfiguratie is hoe elektronen verdeeld zijn over de schillen: K-schil (2 elektronen), L-schil (8 elektronen), M-schil (18 elektronen), enzovoort tot 7 schillen in totaal.

Elektronenconfiguratie en ionen

De elektronenconfiguratie, vooral de buitenste schil, bepaalt hoe een atoom zich chemisch gedraagt. Edelgassen hebben een volle buitenste schil - een superveilige edelgasconfiguratie waardoor ze geen bindingen aangaan.

Andere atomen willen ook die stabiliteit! Ze kunnen elektronen opnemen of afstaan om te voldoen aan de octetregel - maximaal 8 elektronen in de buitenste schil.

Wanneer een atoom elektronen wint of verliest, krijgt het een lading en wordt het een ion. Een positief ion ontstaat door elektronen af te staan, een negatief ion door elektronen op te nemen.

💡 Ezelsbruggetje: Positief = Proton = Plus (verliest elektronen), Negatief = Neemt elektronen op!

De atoommassa vind je in de Binas-tabel als relatieve atoommassa, uitgedrukt in atomaire massa-eenheden (u). De molecuulmassa is gewoon de som van alle atoommassa's in het molecuul.

Metalen en zouten

Stoffen verdeel je in drie categorieën: metalen, zouten en moleculaire stoffen, elk met hun eigen bindingstype.

Metalen bestaan uit één soort metaalatomen in een metaalrooster. Het bijzondere? De elektronen kunnen vrij rondwandelen tussen de positieve atoomkernen - daarom geleiden metalen zo goed stroom en warmte! Deze metaalbinding houdt alles bij elkaar.

Mix je verschillende metalen, dan krijg je een legering (of alliage) - zoals staal $ijzer + koolstof$.

💡 Cool feit: Die vrij bewegende elektronen maken metalen buigzaam én geleidend!

Zouten hebben de sterkste binding: de ionbinding. Een zout bestaat uit een positief ion en een negatief ion die elkaar superhard aantrekken. Ze vormen een keurig geordend ionenrooster - als een 3D-puzzel van plus- en minlading.

Zout geleidt alleen stroom wanneer het vloeibaar is (gesmolten of opgelost), omdat de ionen dan kunnen bewegen.

Moleculaire stoffen en bindingen

Moleculaire stoffen bevatten geen metaalatomen en worden bij elkaar gehouden door atoombindingen (ook wel covalente bindingen). Het aantal bindingen dat een atoom kan maken (zijn covalentie) hangt af van hoeveel elektronen er in de buitenste schil zitten.

Moleculen blijven dicht bij elkaar door Van der Waalskrachten (ook wel molecuulbindingen). Deze krachten zijn zwakker dan ion- of metaalbindingen, maar wel belangrijk!

Van der Waalskrachten worden sterker bij:

• Zwaardere/grotere moleculen
• Hogere kookpunten
• Hogere molecuulmassa

💡 Handig: Hoe zwaarder het molecuul, hoe moeilijker het van elkaar los te krijgen!

Een speciale vorm is de waterstofbrug $H-brug$. Deze ontstaat tussen O-H of N-H groepen en waterstof - denk aan water (H₂O) dat zich aan andere watermoleculen "vastklemt".

Moleculen vormen samen een geordend molecuulrooster, maar met veel zwakkere bindingen dan bij metalen of zouten.