Elektronenstruktur und periodische Eigenschaften der Elemente
Der folgende Lehrgang soll dem Schüler die physikalischen Eigenschaften der Materie und deren Übergang zu interdisziplinärem Wissen darlegen. Ein solches Studium befähigt den Forscher, die chemischen Eigenschaften und die unveränderlichen Naturgesetze hinsichtlich der Klassifizierung von Materie in Elementgruppen zu entdecken. Dies wird erreicht, indem nicht nur die makromechanischen Merkmale beobachtet werden, sondern die Einheitlichkeit der Reaktivitätspotenziale, die den verschiedenen Elementfamilien eigen sind.
Elektromagnetische Energie
Am Ende dieses Diskurses soll der Schüler befähigt sein: Das grundlegende Verhalten von Wellen zu erläutern und dabei klar zwischen Wellen, die sich durch ein Medium ausbreiten, und sogenannten stehenden Wellen zu unterscheiden. Die Wellennatur des Lichts darzulegen und dessen Charakter als wellenförmige Störung anzuerkennen. Die erforderlichen mathematischen Formeln anzuwenden, um die Eigenschaften von Lichtwellen zu bestimmen, namentlich: Periode, Frequenz, Wellenlänge und Energie. Mit Präzision zwischen dem Erscheinungsbild von Linienspektren und kontinuierlichen Emissionsspektren zu diskriminieren. Die Teilchennatur des Lichts zu skizzieren und sein Verhalten als Strom diskreter Korpuskeln zu beobachten.
Das Bohrsche Atommodell
Am Ende dieses Diskurses soll der Schüler befähigt sein: Das Bohrsche Modell des Wasserstoffatoms zu beschreiben und das revolutionäre Konzept von Elektronen anzuerkennen, die den Kern auf festen, „stationären“ Bahnen umkreisen. Die Rydberg-Gleichung anzuwenden, um die spezifischen Energien und Wellenlängen des Lichts zu berechnen, das entweder emittiert oder absorbiert wird, wenn ein Elektron zwischen diesen himmelskörperartigen Stufen springt.
Entwicklung der Quantentheorie
Nach Abschluss dieses Kapitels soll der Schüler befähigt sein: Das bemerkenswerte Konzept des Welle-Teilchen-Dualismus — bisher bei elektromagnetischer Strahlung beobachtet — auf die Materie selbst auszuweiten und anzuerkennen, dass selbst feste Teilchen einen wellenartigen Charakter besitzen. Die übergreifenden Prinzipien der quantenmechanischen Beschreibung von Elektronen zu begreifen, wobei das Atom durch dreidimensionale Wellenfunktionen oder Orbitale definiert wird, welche die Wahrscheinlichkeit beschreiben, ein Elektron in einer bestimmten Raumregion anzutreffen. Die Merkmale der vier Quantenzahlen aufzuzählen und zu beschreiben, welche als wesentliche Koordinaten für die vollständige Spezifikation des Zustands eines Elektrons innerhalb der Atomstruktur dienen.
Elektronenstruktur der Atome (Elektronenkonfigurationen)
Am Ende dieses Diskurses soll der Schüler befähigt sein: Die vorhergesagten Grundzustands-Elektronenkonfigurationen von Atomen abzuleiten, unter Anwendung der Prinzipien des Aufbau-Prinzips, um die verschiedenen Schalen und Unterschalen zu besetzen. Jene kuriosen Ausnahmen von den vorhergesagten Konfigurationen für bestimmte Atome und Ionen zu identifizieren und zu erklären, wobei anerkannt wird, wo die Naturgesetze zugunsten der Stabilität scheinbar abweichen. Diese Elektronenkonfigurationen mit den umfassenderen Klassifizierungen der Elemente innerhalb des Periodensystems in Beziehung zu setzen und zu beobachten, wie die Architektur des Atoms dessen Stellung darin diktiert.
Periodische Variationen der Elementeigenschaften
Am Ende dieses Diskurses soll der Schüler befähigt sein: Die beobachteten Trends bei der Atomgröße, der Ionisierungsenergie und der Elektronenaffinität der Elemente zu beschreiben und zu erklären und dabei die periodische Natur dieser physikalischen Eigenschaften zu erkennen.