Chemie: 3.2. Schalen und Orbitale PDF

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 Zurück zur Webseite  Einstellungen    Als erledigt kennzeichnen Länge: Elektronen be/nden sich in der Kernhülle, also in den Schalen. So weit, so gut. Aber gibt es da genau Beschreibungsmöglichkeiten? Ja, die gibt es. Elektronen bewegen sich nicht auf fest de/nierten Bah dreidimensionalen Raum mit sog. Aufenthaltswahrscheinlichkeiten. Im Quantenmodell werden diese Orbitale genannt. Nun gilt es den Schalen (also den Perioden [Zeilen] im Periodensystem der Elemen entsprechenden Orbitale zuzuordnen. Vorweggenommen gilt natürlich: Höhere Perioden besitzen au Orbitaltypen, da diese Elemente ja auch mehr Elektronen besitzen. Ein Orbital kann generell immer nur 2 Elektronen (mit unterschiedlichem Spin [Eigendrehimpuls von erste Orbital wird als s-Orbital bezeichnet und stellt sich kugelförmig dar. Man kann sagen, dass die (Alkalimetalle und Erdalkalimetalle) des PSE das s-Orbital einer jeden Schale darstellen. Achtung: He Einteilung über Beryllium, da es im Gegensatz zu den anderen Edelgasen nur 2 und nicht 8 Valenzele Die Elektronenkon/guration gibt die Verteilung der Elektronen (e) eines bestimmten Elements auf di Orbitale an. Es gilt: Die erste Zahl gibt die Ordnung des Orbitals an (entspricht der Periode im PSE). D Buchstabe gibt die Form des Orbitals an, und die hochgestellte Zahl steht für die Anzahl der Elektron Bsp.: H: 1s1 Im ersten s-Orbital be6ndet sich 1 e (Hochzahl [= Exponent]). He: 1s2 Im ersten s-Orbital be6nden sich 2 e. Li: 1s2 2s1 Im ersten s-Orbital be6nden sich 2 e, im zweiten s-Orbital 1 e. Be: 1s2 2s2 Im ersten s-Orbital be6nden sich 2 e, im zweiten s-Orbital 2 e. Da diese Schreibweise bei Elementen mit mehreren Elektronen sehr lange wird, notiert man immer d vorherigen Periode in eckiger Klammer und dann folgt die letzte Orbital-Angabe des Elements, das w Bsp.: Betrachten wir Beryllium (Be). Es hat zwei Außenelektronen und steht in der 2. Periode, des PSE. Das Edelgas der vorangehenden ersten Periode ist Helium (He). Es ergibt sich [He] 2 Ab Bor kommt bereits eine neue Orbitalform hinzu. Das 5. Elektron (3. in der zweiten Schale) von Bo in die zwei vollen s-Orbitale. Es folgt das p-Orbital (hantelförmig). Für jede Raumrichtung (x, y, z) gibt insgesamt drei. Darauf folgt das d- (fünf Raumrichtungen mit jeweils 2 Elektronen) und anschließen unten stehenden Abbildung sind die Orbitale dargestellt, mit Ausnahme des f-Orbitals. z y x orbital s z z z y y y x x x orbital px orbital py orbital pz z z z y y y x x x orbital dxz orbital dz2 orbital dxy z z y y x x orbital d 2 2 orbital dyz x -y Auf jeden Fall gilt: Jedes Elektron kann mit 4 verschiedenen Zahlen (in diesem Zusammenhang als Q Z über bezeichnet) eindeutig beschrieben werden. Es dürfen nie 2 Elektronen in allen 4 Quantenzahlen Pauli-Prinzip im Kap. 3.3)! Sonst würde ein „Brief“ an das Elektron ja nicht mit absoluter Sicherheit a Merkhilfe weiter unten). Im Folgenden werden die 4 Quantenzahlen beschrieben. Dabei gilt es zu bea Zustände, die eine Quantenzahl annehmen kann, mit einem numerischen Wertebereich angegeben w Zustände haben zudem eigene Bezeichnungen. Hauptquantenzahl n Die Hauptquantenzahl n beschreibt das Energie-Niveau eines Orbitals und entspricht der Schale (Pe Elektronenanzahl ist von n abhängig und kann mit 2n2 berechnet werden. Wertebereich: n = 1, 2, 3, 4,... Bezeichnung: K (n=1), L (n=2), M (n=3), N (n=4),... Nebenquantenzahl l Die Nebenquantenzahl l beschreibt die Form des Orbitals. Mit steigender Zahl wird die Form immer Orbital ist kugelförmig (rotationssymmetrisch), das p-Orbital hantelförmig (achsensymmetrisch) und hantelförmig mit Ring und gekreuzt hantelförmig. Wertebereich: l = 0,... , n-1 Bezeichnung: s (l=0), p (l=1), d (l=2), f (l=3),... Bsp.: Für die L-Schale (Hauptquantenzahl n=2) ergibt sich somit die Möglichkeit von 0 bis 1, w Orbitalen entspricht. Magnetquantenzahl m Die Magnetquantenzahl m beschreibt die räumliche Orientierung des Orbitals (z. B. p-Orbital: in x-, y Wertebereich: m = -l,..., 0,..., l Bezeichnung: s, px,y,z, dyz,xz,xy,z²,x²-y² Bsp.: Für p (Nebenquantenzahl l=1) ergeben sich 3 energiegleiche Orbitale (-1, 0, 1). Bei d (l=2 -1, 0, 1, 2). Spinquantenzahl s Die Spinquantenzahl s beschreibt den Spin, also den Eigendrehimpuls des Elektrons (up oder down) s=±½ Bezeichnung: ↓, ↑ Merkhilfe der Quantenzahlen als „Wohnadresse“ eines Elektrons: Die Hauptquantenzahl merken wir uns am besten als Name der Stadt, die Nebenquantenzahl als Str Magnetquantenzahl als Hausnummer und die Spinquantenzahl als Türnummer (wobei es nur zwei Z Spinquantenzahl gibt – also nur zwei Nachbarn pro Haus). Energie der einzelnen Orbitale Folgende Abbildung zeigt die Energien der einzelnen Orbitale. Wie man anhand des Energiediagramm sind somit alle Elektronen eines Orbitals, z. B. vom 2p-Orbital, auf dem gleichen energetischen Nivea  7p 6d 5f 7s 6p 5d 4f Increasing Energy 6s 5p 4d 5s 4p 3d 4s 3p 3s 2p 2s 1s In ein solches Energiediagramms können die Elektronen von Atomen als Pfeile (↓ oder ↑, je nach Sp (niedrige Energieniveaus) nach oben (höhere Energieniveaus) eingezeichnet werden. Wir haben bego folgen 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p usw. Bei der „Auffüllung“ müssen aber immer die Hund'sche Regel un beachtet werden. Darauf gehen wir in Kapitel 3.3 noch ausführlicher ein. Die anschließende Gra/k soll helfen, sich die Reihenfolge des „Auffüllens“ der einzelnen Orbitalform auch selbst herleiten zu können. Dazu trägt man die verschiedenen Orbitalformen (jeweils mit einer zieht die Reihenfolge immer von rechts oben nach links unten. Von oben nach unten ergibt sich somit zeilenweise gelesen folgende Reihenfolge: 1 s – 2 s – 2 p – 3 s – 3 p – 4 s – 3 d – 4 p – 5 s – 4 d – 5 p – 6 s... 1. Periode: 1s 2. Periode: + 2s 2p 3. Periode: + 3s 3p 4. Periode: + 4s 3d 4p 5. Periode: + 5s 4d 5p 6. Periode: + 6s 4f 5d 6p 7. Periode: + 7s 5f 6d... Wiederholung ist der Schlüssel zum Lernerfolg. Möchtest du diesen Inhalt (erneut) als Video erleben