3.2 Schalen und orbitale

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Questions and Answers

Welche Orbitalform folgt nach den s-Orbitalen im Elektronenkonfigurationsprozess?

f-Orbital

p-Orbital (correct)

g-Orbital

d-Orbital

Wie viele Raumrichtungen gibt es für das p-Orbital?

3 (correct)

Welches der folgenden Orbitale hat fünf Raumrichtungen und kann jeweils 2 Elektronen aufnehmen?

g-Orbital

d-Orbital (correct)

s-Orbital

p-Orbital

Was gilt für jedes Elektron in Bezug auf seine Beschreibung?

Es kann mit 4 quantenmechanischen Zahlen beschrieben werden. Signup and view all the answers

Welches Orbital hat nicht in der gegebenen Abbildung dargestellt?

f-Orbital Signup and view all the answers

Was ist die Form des p-Orbitals?

hantelförmig Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über s-Orbitale ist korrekt?

s-Orbitale sind immer kugelförmig. Signup and view all the answers

Wie viele Elektronen können insgesamt in einem d-Orbital untergebracht werden?

10 Signup and view all the answers

Was beschreibt die Elektronenkonfiguration eines Elements?

Die Anordnung der Elektronen auf verschiedenen Orbitalen. Signup and view all the answers

Welches Orbital wird als erstes in der Elektronenkonfiguration gefüllt?

s-Orbital Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen ist bezüglich der Orbitalbeschreibungen korrekt?

s-Orbitale haben eine kugelförmige Form. Signup and view all the answers

Wie viele Elektronen können maximal in einem s-Orbital Platz finden?

2 Signup and view all the answers

Was kennzeichnet die Perioden im Periodensystem der Elemente?

Die Anzahl der Elektronenschalen um den Atomkern. Signup and view all the answers

Welche Aussage trifft nicht auf das Quantenmodell von Elektronen zu?

Elektronen bewegen sich in fest definierten Bahnen. Signup and view all the answers

Wie wird die Anzahl der Elektronen in der Orbitalnotierung dargestellt?

Durch hochgestellte Zahlen. Signup and view all the answers

Welches Element hat die Elektronenkonfiguration 1s2 2s1?

Lithium (Li) Signup and view all the answers

Welches ist die korrekte Definition der Hauptquantenzahl n?

Sie beschreibt das Energie-Niveau eines Orbitals. Signup and view all the answers

Welche Aussage über die Nebenquantenzahl l ist falsch?

Sie beschreibt die Energie eines Orbitals. Signup and view all the answers

Was beschreibt die Magnetquantenzahl m?

Die räumliche Orientierung des Orbitals. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Bezeichnungen entspricht der Hauptquantenzahl n=3?

M Signup and view all the answers

Wie viele Orbitale können maximal in der L-Schale (n=2) vorhanden sein?

4 Signup and view all the answers

Welcher Wert ist ein möglicher Wert für die Spinquantenzahl s?

+1/2 Signup and view all the answers

Wie viele unterschiedliche Werte kann die Magnetquantenzahl m für ein d-Orbital (l=2) annehmen?

5 Signup and view all the answers

Welche Eigenschaft beschreibt die Spinquantenzahl in Bezug auf Elektronen?

Sie beschreibt den Eigendrehimpuls des Elektrons. Signup and view all the answers

Welche Orbitalreihe folgt nach dem 3p-Orbital?

4s Signup and view all the answers

Was besagt die Hund'sche Regel bezüglich der Elektronenkonfiguration?

Einzelne Elektronen müssen zuerst in jedes Orbital eingehen, bevor sie gepaart werden. Signup and view all the answers

In welcher Reihenfolge werden die Orbitale in einem aufsteigenden Energieniveau aufgefüllt?

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s Signup and view all the answers

Welches Orbital folgt direkt auf das 5s-Orbital in der Auffüllungsreihenfolge?

4d Signup and view all the answers

Welches Orbital hat die höchste Energie unter den erwähnten Orbitalen?

5f Signup and view all the answers

Bevor welches Orbital während der Auffüllung 4p gefüllt wird?

3d Signup and view all the answers

Welches der folgenden Orbitale ist das erste Orbital der 3. Periode?

3s Signup and view all the answers

Wie lautet die korrekte Beschreibung des Auffüllens der Orbitale in der 6. Periode?

6s, 4f, 5d, 6p Signup and view all the answers

Study Notes

Elektronenkonfiguration

Elektronen befinden sich in der Kernhülle in Schalen.
Elektronen bewegen sich nicht auf festen Bahnen, sondern in einem dreidimensionalen Raum mit Aufenthaltswahrscheinlichkeiten.
Diese Bereiche werden Orbitale genannt.
Höhere Perioden im Periodensystem besitzen mehr Orbitaltypen, da diese Elemente mehr Elektronen besitzen.
Jedes Orbital kann nur zwei Elektronen mit unterschiedlichem Spin aufnehmen.
Das erste Orbital heißt s-Orbital und ist kugelförmig.
Alkalimetalle und Erdalkalimetalle im Periodensystem besitzen in jeder Schale ein s-Orbital.
Helium ist eine Ausnahme, da es nur zwei Valenzelektronen hat, anstatt acht.
Die Elektronenkonfiguration beschreibt, wie die Elektronen eines Elements auf seine Orbitale verteilt sind.
Die erste Zahl in der Elektronenkonfiguration beschreibt die Ordnung des Orbitals, die dem Periodensystem entspricht.
Der Buchstabe gibt die Form des Orbitals an.
Die hochgestellte Zahl zeigt die Anzahl der Elektronen im Orbital an.
Beispiel:
- Wasserstoff (H): 1s¹ - Ein Elektron im ersten s-Orbital
- Helium (He): 1s² - Zwei Elektronen im ersten s-Orbital
- Lithium (Li): 1s² 2s¹ - Zwei Elektronen im ersten s-Orbital und ein Elektron im zweiten s-Orbital
- Beryllium (Be): 1s² 2s² - Zwei Elektronen im ersten s-Orbital und zwei Elektronen im zweiten s-Orbital

Abkürzung der Elektronenkonfiguration

Die Schreibweise der Elektronenkonfiguration kann bei Elementen mit mehreren Elektronen sehr lang werden.
Daher wird die Elektronenkonfiguration des vorherigen Edelgases in eckigen Klammern angegeben, gefolgt von der letzten Orbitalangabe des Elements.
Beispiel: Beryllium liegt in der zweiten Periode des Periodensystems und hat zwei Außenelektronen. Helium ist das vorherige Edelgas.
Die Elektronenkonfiguration von Beryllium kann als [He] 2s² geschrieben werden.

p-Orbitale

Ab Bor kommen p-Orbitale hinzu.
Das p-Orbital ist hantelförmig und existiert in drei Raumrichtungen (x, y, z).
Die p-Orbitale werden mit px, py und pz bezeichnet.

d-Orbitale und f-Orbitale

Nach den p-Orbitalen folgen d-Orbitale mit fünf Raumrichtungen und je zwei Elektronen.
Anschliessend kommen f-Orbitale, die nicht im Diagramm dargestellt sind.

Quantenzahlen

Jedes Elektron kann mit vier verschiedenen Quantenzahlen eindeutig beschrieben werden.
Die Quantenzahlen beschreiben die Energie, Form, räumliche Orientierung und den Spin eines Elektrons.
Zwei Elektronen dürfen niemals die gleichen vier Quantenzahlen besitzen (Pauli-Prinzip).

Hauptquantenzahl (n)

Die Hauptquantenzahl beschreibt das Energieniveau eines Orbitals. Sie entspricht der Schale (Periode) des Elektrons.
Wertebereich: n = 1, 2, 3, 4...
Bezeichnung: K (n=1), L (n=2), M (n=3), N (n=4), ...
Die maximale Elektronenzahl pro Schale kann mit der Formel 2n² berechnet werden.

Nebenquantenzahl (l)

Die Nebenquantenzahl beschreibt die Form eines Orbitals.
Wertebereich: l = 0, 1, 2, 3... n-1
Bezeichnung: s (l=0), p (l=1), d (l=2), f (l=3), ...
Das s-Orbital ist kugelförmig, das p-Orbital hantelförmig und höhere Orbitale haben komplexere Formen.

Magnetquantenzahl (m)

Die Magnetquantenzahl beschreibt die räumliche Orientierung des Orbitals.
Wertebereich: m = -l, -l+1,... 0, ... l-1, l
Bezeichnung: s, px, py, pz, dyz, dxz, dxy, dz², dx²-y²

Spinquantenzahl (s)

Die Spinquantenzahl beschreibt den Eigendrehimpuls des Elektrons, auch Spin genannt.
Es gibt zwei mögliche Spinzustände: Spin up (↑) und Spin down (↓).
Wertebereich: s = +½, -½

Merkhilfe

Die Hauptquantenzahl ist wie der Name der Stadt, die Nebenquantenzahl die Strasse, die Magnetquantenzahl die Hausnummer und die Spinquantenzahl ist die Türnummer.

Energieniveaus der Orbitale

Das Energiediagramm zeigt die Energie der einzelnen Orbitale.
Alle Elektronen eines Orbitals befinden sich auf dem gleichen Energieniveau.
Elektronen werden im Energiediagramm als Pfeile (↑ oder ↓) dargestellt.
Die Orbitale werden in der Reihenfolge ihrer Energie gefüllt: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p usw.
Die Hund'sche Regel und das Pauli-Prinzip müssen bei der "Auffüllung" berücksichtigt werden.

Grafische Darstellung der Orbitalreihenfolge

Die Grafische Darstellung soll helfen, sich die Reihenfolge der Orbitalfüllung zu merken.
Die verschiedenen Orbitalformen werden mit einer Zahl (Anzahl der Orbitale) und dem Buchstaben (Orbitaltyp) dargestellt.
Die Reihenfolge wird von rechts oben nach links unten abgelesen.
Beispiel: 1s - 2s - 2p - 3s - 3p - 4s - 3d - 4p - 5s - 4d - 5p - 6s...

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