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Kapitel 1 Ein neues Modell für Atome und Bindungen Schwerpunktfach Chemie 4f 5 (O) 4d zunehmende Energie...

Kapitel 1 Ein neues Modell für Atome und Bindungen Schwerpunktfach Chemie 4f 5 (O) 4d zunehmende Energie 4 (N) 4p 3d 4s 3 (M) 3p 3s 2p 2 (L) 2s 1 (K) 1s Daniel Merki Kantonsschule Im Lee August 2022 Inhaltsverzeichnis 1 Ein neues Modell für Atome und Bindungen 2 1.1 Licht, Farbe und farbige Stoffe – Repetition........................... 2 1.2 Bohr’sches Atommodell – Repetition............................... 4 1.3 Der Welle-Teilchen-Dualismus................................... 8 1.4 Stehende Wellen.......................................... 13 1.5 Das Orbitalmodell – Elektronen als dreidimensionale stehende Wellen............. 17 1.5.1 Quantenzahlen....................................... 19 1.5.2 Der Spin von Elektronen................................. 21 1.5.3 Elektronenkonfiguration im Orbitalmodell........................ 22 1.5.4 Vorzeichen von Orbitalen................................. 23 1.6 Molekülorbitale.......................................... 23 1.7 Atomorbitale 2.0: Hybridisierung................................. 29 1.8 Mesomere Systeme........................................ 32 1.9 Pericyclische Reaktionen..................................... 36 1.9.1 Cycloadditionen...................................... 36 1.9.2 Elektrocyclische Reaktion................................. 40 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 1 1 Ein neues Modell für Atome und Bindungen 1.1 Licht, Farbe und farbige Stoffe – Repetition Lernziele die Energie von gegebenen elektromagnetischen Wellen vergleichen (Wellenlänge oder Frequenz gegeben) phänomenologisch erklären, warum farbige Stoffe farbig sind mithilfe einer Tabelle mit den Komplementärfarben abschätzen, welche Wellenlängen von einem farbigen Material absorbiert werden (Text und Abbildungen aus elemente chemie 2, Ernst Klett Verlag GmH, Stuttgart 2010) 2 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 Wellenlängenbereiche bestimmter Farben und ihre Komplementärfarben Wellenlängenbereich (nm) zugehörige Farbe Komplementärfarbe 380 – 440 Violett Gelbgrün 440 – 480 Indigoblau Gelb 480 – 490 Blau Seite 1/1 Orange (DM_SP02-01) 490 – 500 Blaugrün Rot 500 – 560 Grün Purpur 560 – 580 Gelbgrün Violett 580 – 595 Gelb Indigoblau 595 – 605 Orange Blau 605 – 750 Rot Blaugrün (Quelle: elemente chemie 2, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2010) Fragen 1. Wie viel Zeit benötigt ein vom Mond reflektiertes Photon, bis es auf der Erde auftrifft? Der Abstand zwischen Erde und Mond variiert zwischen ca. 360 000 km und 405 000 km. 2. Ist blaues Licht oder rotes Licht energiereicher? 3. «Ein roter Laser emittiert monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge von 495 nm!» Könnte diese Aussage stimmen? Begründen Sie Ihre Antwort in maximal zwei Sätzen. 4. Ein Gegenstand erscheint für unser Auge gelb. Welche Wellenlängen absorbiert dieser Gegenstand? 5. Wie hängt die Energie eines Photons von der Wellenlänge und der Frequenz der entsprechenden elektro- magnetischen Strahlung ab? Antworten Sie in einem ganzen Satz. Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 3 1.2 Bohr’sches Atommodell – Repetition Lernziele die wesentlichen Aussagen des Atommodelles von Bohr in eigenen Worten zusammenfassen in eigenen Worten erklären, inwiefern das Periodensystem der Elemente ein Abbild des Schalenaufbaus der Atomhülle ist mit eigenen Worten und mit geeigneten Darstellungen erklären, wie Atome (Elektronen) Energie aufnehmen können und abgeben können und die Bedingungen nennen, welche für eine Aufnahme bzw. Abgabe gelten Überblick über die historische Entwicklung der Atommodelle Dalton, 1808 Thomson, 1904 Rutherford, 1911 Bohr, 1913 Kugel-Modell Rosinenkuchen-Modell Kern-Hülle-Modell Schalen-Modell neu: neu: neu: neu: Alle Stoffe bestehen aus Atome sind nicht............ Ladung Elektronen folgen einer kleinsten Teilchen, den...................., im Atom-Kern, genauen................. sie enthalten................... frei........................................ in der Atom-Hülle. Vorstellung: Vorstellung: Vorstellung: Vorstellung: Atome sind unteilbar und Atome bestehen aus ei- Atome bestehen aus ei- Die Elektronen bewegen haben eine unveränder- ner überall gleich verteil- nem massereichen posi- sich sehr schnell um den liche Grösse und Masse. ten positiven Masse. In tiv geladenen Atomkern Atomkern auf bestimm- Atome verschiedener Ele- diese Masse sind negativ und der Elektronenhülle. ten, konzentrischen Scha- mente unterscheiden sich geladene Teilchen (Elek- Die Elektronen bewegen len mit bestimmten Ener- in ihrer Grösse und Mas- tronen) eingebettet. sich sehr schnell um den gien. se. Atomkern. Bohr schlägt ein neues Atommodell vor Niels Bohr (1885-1962) war ein dänischer Physiker und wirkte fast sein ganzes Leben lang an der Universität in Kopenhagen. Als junger Physiker verbrachte er aber auch ein paar Jahre in England, u.a. in Manchester im Laboratorium von Ernest Rutherford. 1922 erhielt er den Nobelpreis für Chemie «für seine Verdienste um die Erforschung der Struktur der Atome und der von ihnen ausgehenden Strahlung». Das Atommodel von Bohr beruht u. a. auf folgenden Postulaten (ohne Begründungen): Elektronen können sich um den Atomkern nur auf bestimmten, kreisförmigen Umlaufbahnen bewegen. Dabei erfolgt der Umlauf strahlungslos, d. h. mit konstanter Energie (dies widerspricht der klassischen Elektrodynamik). Die möglichen Energien entsprechen den elektronischen Energieniveaus. Strahlung wird nur bei sprunghaften Übergängen zwischen den Umlaufbahnen emittiert bzw. absorbiert. Die Energie der Strahlung entspricht der Energiedifferenz der beiden beteiligten Energieniveaus. Der Schalenaufbau und das Periodensystem der Elemente Im Atommodell von Bohr sind für die Elektronen nur bestimmte «Aufenthaltsorte» erlaubt. Sie bewegen sich ausschliesslich auf den sogenannten Schalen der Atomhülle mit einer ebenso genau definierten Geschwindigkeit um den Kern. In einer zweidimensionalen Projektion können die ersten paar Schalen eines Atoms etwa wie in der linken Abbildung dargestellt werden: 4 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1  N M 4f 5 (O) 4d L 4 (N) 4p zunehmende Energie 3d K 4s s sp spd spdf 3 (M) 3p 3s 2p 2 (L) 2s 1 (K) 1s Die rechte Darstellung ist aber insofern sinnvoller, weil für das Verhalten von Atomen die energetische Reihenfolge der Schalen, d. h. die möglichen Energieniveaus, welche von Elektronen in einem Atom besetzt werden können, entscheidend ist. Bei Berücksichtigung der Unterschalen stimmt die räumliche Reihenfolge nur zu Beginn mit der energetischen Reihenfolge überein. Beispielsweise liegt bereits die 3d-Unterschale energetisch höher als die 4s-Unterschale. Aufgaben Der Aufbau des Periodensystems der Elemente hängt direkt mit der energetischen Reihenfolge der Unterschalen zusammen. 1. Erklären Sie anhand der folgenden Abbildung stichwortartig, wie die energetische Reihenfolge der Unterschalen aus dem Periodensystem abgelesen werden kann. 2. Geben Sie mithilfe Ihrer Antwort zu Aufgabe 1 die Elektronenkonfiguration von Osmium (Os; im obenstehenden Periodensystem grün hinterlegt) an. Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 5 Elektronenübergänge Grundzustand und angeregte Zustände am Beispiel des Wasserstoff-Atoms Wie nehmen Elektronen Energie auf? 6 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1  Wie geben Elektronen Energie ab? Aufgabe Können die folgenden Beobachtungen bzw. Eigenschaften mit dem Atommodell von Bohr erklärt werden? Begründen Sie Ihre Einschätzung jeweils stichwortartig. Ein Kohlenstoff-Atom kann vier Elektronenpaar-Bindungen eingehen. Die erste Ionisierungsenergie von Lithium ist grösser als die erste Ionisierungsenergie von Cäsium. Emissionsspektrum von Wasserstoff: Die 8 Valenzelektronen von Argon ordnen sich in 4 Elektronenpaaren um den Atom-Rumpf an. α-Carotin (Summenformel C40H56) ist farbig, Octan (Summenformel C8H18) ist farblos. Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 7 1.3 Der Welle-Teilchen-Dualismus Lernziele den Aufbau, die Durchführung und das Resultat des Experiments zum photoelektrischen Effekt in eigenen Worten erläutern den photoelektrischen Effekt (das Resultat des entsprechenden Experiments) mithilfe der Teilchennatur (der Quanti- sierung) des Lichts erklären den Aufbau, die Durchführung und das Resultat des Doppelspalt-Experiments in eigenen Worten erläutern angeben, wann ein Elektron bzw. Licht im Doppelspalt-Experiment Welleneigenschaften zeigt und wann Teilcheneigen- schaften für verschiedene beobachtbare Phänomene angeben, ob diese mit der Teilchennatur oder mit der Wellennatur des Lichts erklärt werden können angeben, wie die De-Broglie-Wellenlänge eines Teilchens von dessen Masse und dessen Geschwindigkeit abhängt, und Berechnungen mit der De-Broglie-Gleichung (gegeben) anstellen in eigenen Worten erläutern, weshalb die Welleneigenschaft von Materie auf der makroskopischen Ebene (Stoffebene) nicht beobachtet werden kann Teilchennatur von Licht Der photoelektrische Effekt – Experiment Aufbau: 1 2 3 4 Beschreibung: 1. Aufladen der Apparatur (Übertragen von...................... auf blau dargestellte Teile). 2. Aufladen der Apparatur; die bewegliche Platte dreht sich von der fixierten Platte aufgrund der............................................... (beide negativ geladen) weg. 3. Bestrahlung mit Taschenlampe (→ Erklärung A) bzw. Lampe hoher Intensität (→ Erklärung B):................................. 4. Bestrahlung mit UV-Lampe (→ Erklärung C):................................. Erklärung: A: negativ geladene Zink-Platte 8 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1  B: negativ geladene Zink-Platte C: negativ geladene Zink-Platte Würde sich das Licht bei der Wechselwirkung mit der Zink-Platte wie................................ verhalten, sollte das Herausschleudern von Elektronen auch mit sichtbarem Licht genügend hoher Intensität möglich sein (................ einer Welle ∝ Quadrat derer Amplitude). ⇒ Licht verhält sich bei dieser Wechselwirkung nicht wie................................ , sondern wie.................... Welleneigenschaft von Licht Notizen und Abbildungen zum Film: Interferenzmuster auf dem Schirm Schema des Aufbaus des Doppelspaltexperiments (aus Sicht der Elektronenkanone) Doppelspalt Schirm Elektronenkanone Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 9 Interferenz am Gitter – Experimentelle Bestimmung einer Gitterkonstante und der Wellenlänge eines Laserpointers Schickt man Licht durch einen Doppelspalt, so wird die Ausbreitung durch dieses Hindernis beeinflusst. Dabei bestimmt die Wellenlänge des Lichts (λ) zusammen mit dem Abstand der Spalten (g) die Distanz zwischen den auftretenden (Neben-)Maxima (ak ). 1. Lesen und studieren Sie die folgende Abbildung und den zugehörigen Textausschnitt. 2. Bestimmen Sie (als Gruppe) die Gitterkonstante g des Gitters, welches Ihnen zur Verfügung steht. Neben dem Gitter stehen Ihnen auch ein Meter, eine Schnur und ein roter Laserpointer zur Verfügung. Fertigen Sie auch eine Skizze Ihres Versuchsaufbaus an. 3. Versuchen Sie mithilfe des gleichen Aufbaus und der gefundenen Gitterkonstante die Wellenlänge des grünen Laserpointers zu bestimmen. Sind Sie mit dem Resultat zufrieden? Wie könnte man die Genauigkeit der Messung verbessern? 10 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts – Wissenssicherung 1. Stimmen die folgenden Aussagen? Begründen Sie Ihre Einschätzungen stichwortartig. a) Licht wechselt ständig zwischen Wellen- und Teilchen-Natur. b) Licht weist gleichzeitig Wellen- und Teilchen-Natur auf. c) Je nach Experiment kann man die Wellen- oder die Teilchen-Natur des Lichts beweisen. 2. Welche Phänomene können mit welcher Theorie erklärt werden? Phänomen Wellenmodell Teilchenmodell Reflexion   Interferenz   Polarisation   Photoelektrischer Effekt   3. Welche der folgenden Tätigkeiten ist für die Haut am ungesündesten? Begründen Sie Ihre Wahl stich- wortartig. im Sommer eine Stunde lang in der prallen Sonne am Strand liegen (ohne Sonnencrème) zehn Stunden lang im Scheinwerferlicht stehen einen Tag lang direkt unter einer Infrarot-Lampe stehen Wellencharakter des Elektrons Elektronen weisen eine Masse von 5.5 × 10−4 u und eine Ladung von 1.602 × 10−19 C (Coulomb) auf. Wir stellten sie uns bis jetzt als «Kügelchen» (also Teilchen) vor, die um den Atomkern herum fliegen, bei Redox- Reaktionen von einem Atom auf ein anderes übertragen werden oder im Experiment zum photoelektrischen Effekt durch Licht aus einem Metall herausgeschlagen werden können. Wie Licht zeigt aber auch ein Elektronen- strahl, welcher durch ein feines Gitter geleitet wird, ein Interferenzmuster: (Abbildung aus elemente chemie 2, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2010) Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 11  (Text aus elemente chemie 2, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2010) Welle-Teilchen-Dualismus – Die De-Broglie-Beziehung (Beide Texte aus Chemie im Kontext, Cornelsen Verlag 2006) Aufgaben 1. Welche Wellenlänge kann einem Proton mit einer Geschwindigkeit von 100 m/s zugewiesen werden? 2. Welche Wellenlänge kann Ihnen, wenn Sie mit dem Fahrrad 36 km/h fahren, zugewiesen werden? 12 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 1.4 Stehende Wellen Lernziele die Problematik der Darstellung dreidimensionaler Wellen im Vergleich mit der Darstellung eindimensionaler und zweidimensionaler Wellen erläutern angeben, wie die Frequenz einer eindimensionalen/zweidimensionalen/dreidimensionalen stehenden Welle von der zur Verfügung stehenden Ausdehnung (Strecke/Fläche/Raum) und der Anzahl Knoten (-Punkte/-Linien/-Flächen) abhängt (Texte und Abbildungen aus Physik von P. Tipler und G. Mosca, 2. Auflage, Elsevier, München 2004) 1) Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 13  Merke: Unter gegebenen Bedingungen können nicht beliebige stehende Wellen entstehen. Die möglichen stehenden Wellen weisen ganz bestimmte, von den Bedingungen abhängige Frequenzen auf. ( ) 14 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 Aufgaben Bearbeiten Sie die folgenden Aufgaben in Zweier- oder Dreiergruppen. Sie können die Aufgaben in beliebiger Reihenfolge bearbeiten. 1. Ergänzen Sie den folgenden Satz, dessen Anfang dem Text entnommen ist, mit dem passenden Wort: [...] die Wellen auf einer beidseitig eingespannten Klaviersaite, die Schallwellen in einer Orgelpfeife, die Lichtwellen in einem Laser oder die Elektronen in einem................... [...] 2. Versuchen Sie mit einem der bereitliegenden Gummischläuche stehende Wellen zu erzeugen. Zählen Sie die Bäuche und Knoten der von Ihnen erzeugten Wellen. Bis zur wievielten Harmonischen schaffen Sie es? 3. Eine im Gleichschritt gehende Gruppe kann eine Brücke zum Einsturz bringen, sofern mit der Schrittfre- quenz stehende Wellen in der Brücke erzeugt werden können. Beim Einsturz der Tacoma Narrows Bridge waren nicht marschierende Truppen, sondern Windturbulenzen für die stehenden Wellen – und letztlich den Einsturz – verantwortlich: Der folgende Link und der abgebildete QR-Code bringen Sie zum Film, in welchem die Schwingungen und der Einsturz der Brücke zu sehen sind: https://www.nanoo.tv/link/v/EpCgJkZo Handelt es sich bei der Schwingung der Brücke um eine eindimensionale oder um eine zweidimensionale stehende Welle? 4. Welche Wellenlänge und Frequenz hat eine stehende Welle verglichen mit den fortschreitenden Wellen, deren Summe die stehende Welle ergibt? Bei der Beantwortung dieser Frage hilft Ihnen die Simulation, welche Sie mit dem nebenstehenden QR-Code und unter folgendem Link finden können: https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-wellen/versuche/stehende- welle-simulation Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 15  5. Der folgende Link und der abgebildete QR-Code bringen Sie zu einem Film, in welchem die Erzeugung zweidimensionaler stehender Wellen in einer Metallplatte gezeigt wird. https://www.nanoo.tv/link/v/NwTArbeC Was von den stehenden Wellen wird mithilfe des weissen Sands sichtbar gemacht? 6. Darstellung von stehenden Wellen. Zur Darstellung von Wellen wird jeweils eine (zusätzliche) Dimension für die Darstellung der Amplitude (Auslenkung) benötigt. So benötigt man für die Darstellung von eindimensionalen Wellen zwei Dimensionen und für die Darstellung von zweidimensionalen Wellen drei Dimensionen. Die folgenden beiden kurzen Sequenzen zeigen zweidimensionale stehende Wellen; die Auslenkungen gehen jeweils «nach oben» und «nach unten», d. h. in die dritte Dimension: https://www.nanoo.tv/link/v/DWwwqhFo https://www.nanoo.tv/link/v/iHNQqFut Dreidimensionale Wellen können folglich nicht in gleicher Art und Weise dargestellt werden, weil dazu eine vierte Dimension fehlt. Von dreidimensionalen Wellen werden deshalb oft ausgewählte «Punkte gleicher Auslenkung» dargestellt. Was dies bedeutet, soll im Folgenden erarbeitet werden. Versuchen Sie die fehlenden Darstellungen («Punkte gleicher Auslenkung» für eindimensionale und zweidimensionale Wellen, «Auslenkung mit Farbintensität veranschaulicht» für alle) zu zeichnen. eindimensionale Welle zweidimensionale Welle dreidimensionale Welle y z y Darstellung: nicht möglich x x y z y Punkte gleicher Auslenkung: x x x → einzelne Punkte → einzelne Linien → einzelne Flächen (Knotenpunkte) (Knotenlinien) (Knotenlächen) y z y Auslenkung mit Farbintensität x veranschaulicht: x x 16 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 1.5 Das Orbitalmodell – Elektronen als dreidimensionale stehende Wellen Erwin Schrödinger formulierte 1926 (während er an der Universität Zürich tätig war) die nach ihm benannte Schrödinger-Gleichung. Es handelt sich dabei um eine Gleichung zur Beschreibung des Elektrons als dreidimensionale stehende Welle um den Atomkern. Er hat also die Idee, dass sich Elektronen wie Wellen verhalten können, auf das System «Atom» angewandt. Wie uns bekannt ist, sind unter gegebenen Bedingungen nur stehende Wellen mit ganz bestimmten Formen und Frequenzen und somit – im Falle von Elektronen – mit ganz bestimmten Energien möglich. Mit der Schrödinger-Gleichung lassen sich diese Energien, also die für ein Elektron möglichen energetischen Zustände oder Energieniveaus, berechnen. Diese Energieniveaus entsprechen somit jeweils bestimmten dreidimensionalen stehenden Wellen, welche als Orbitale bezeichnet werden. Bei stehenden Wellen im dreidimensionalen Raum gibt es viele mögliche Schwingungsformen. Die folgenden Abbildungen zeigen drei stehende Wellen der Wellenfunktion eines Elektrons im anziehenden elektrischen Feld eines Protons (es handelt sich um die Orbitale, welche den drei tiefsten Energieniveaus eines Elektrons im Wasserstoff-Atom entsprechen). (https://vqm.uni-graz.at/qms/Coulomb/Solution3D/StationaryStates/3230-Stehende-Wellen-3D1.html, abgerufen am 21.02.2019) Die stehenden Wellen werden hier wiederum durch Flächen visualisiert, um die dreidimensionale Struktur besser sichtbar zu machen. Auf jeder dieser «Isoflächen» hat die Wellenfunktion einen konstanten Betrag, d. h. befinden sich Punkte gleicher Auslenkung. Innen ist der Betrag am grössten. Die äusseren, transparenten Isoflächen gehören zu kleineren Beträgen der Wellenfunktion. (Text und Abbildungen aus Physikalische Chemie von P. Atkins, 3. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2001) Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 17  Fassen wir zusammen: Das Elektron wird im Orbitalmodell als dreidimensionale stehende Welle beschrieben, welche als Orbital bezeichnet wird. Das (Betrags-)Quadrat dieser stehenden Welle gibt die Wahrscheinlich- keitsdichte an; im Falle des Elektrons können wir von der Elektronendichte sprechen oder – wenn wir uns das Elektron wieder als Teilchen vorstellen – von der Wahrscheinlichkeit, das Elektron an einem bestimmten Ort im Raum zu finden. Oft wird auch die Darstellung dieser Wahrscheinlichkeitsdichte als Orbital bezeichnet, was zwar nicht ganz sauber ist, aber die Anwendung des Orbitalmodells vereinfacht. Diese Vereinfachung ist auch deshalb legitim, weil beide Darstellungen – diejenige der stehenden Welle und diejenige der Wahrscheinlichkeitsdichte – sich sehr ähnlich sind. Auch wir machen diese Vereinfachung. Die für uns wichtigen Punkte sind im Folgenden nochmals aufgeführt: Ein Orbital ist eine dreidimensionale stehende Welle, welcher einen bestimmten Energiebetrag zugeordnet werden kann. → Für uns: Das Quadrat der dreidimensionalen stehenden Welle gibt die Wahrscheinlichkeitsdichte des Elektrons an. Der Einfachheit halber setzen wir die Darstellung dieser Wahrscheinlichkeitsdichte den Orbitalen gleich. → Für uns: Ähnlich wie im Bohr-Modell die Unterschalen (z. B. 1s, 3d oder 3p) haben im Orbitalmodell alle Orbitale eine spezielle Bezeichnung. Diese Bezeichnung setzt sich aus drei sogenannten Quantenzahlen zusammen. Wir lernen diese drei Quantenzahlen im folgenden Abschnitt kennen. 18 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 1.5.1 Quantenzahlen Lernziele durch die möglichen Kombinationen der Quantenzahlen die mögliche Anzahl Orbitale mit Hauptquantenzahlen n = 1, 2, 3, 4, 5 herleiten Die Hauptquantenzahl n Die Hauptquantenzahl n legt die Energie des Orbitals (bzw. des Elektrons in diesem Orbital) fest. Ausserdem beschreibt n auch die Grösse des Orbitals. mögliche Werte von n: je grösser n... desto.............. die Energie (desto......................... das Energieniveau).... desto.............. das Orbital (desto.............. die Wahrscheinlichkeit, das Elektron nahe am Kern zu finden). Im Bohr-Modell entsprechen die Hauptschalen (K, L, M etc.) den Hauptquantenzahlen. Die Nebenquantenzahl l Die Nebenquantenzahl l bestimmt die Form eines Orbitals. Verschiedene Werte von l entsprechen verschie- denen Formen. Ausserdem gibt es kleine Energieunterschiede. mögliche Werte von l: → Die Hauptquantenzahl limitiert also die Anzahl möglicher Orbitalformen einer bestimmten Energiestufe n: Wert von l Bezeichnung Form je grösser l... desto mehr «Teilbereiche» (umso kleiner die Elektronendichte am Kern).... desto höher die Energie (umso höherliegend das Energieniveau). Im Bohr-Modell entsprechen die Unterschalen (s, p, d etc.) den Nebenquantenzahlen. Die Magnetquantenzahl ml Die Magnetquantenzahl ml legt die räumliche Orientierung eines Orbitals, d. h. seine Ausrichtung bezüglich x-, y- und z-Achse eines Koordinatensystems, fest. mögliche Werte von ml : → Die Nebenquantenzahl limitiert also die Anzahl möglicher Orbitalorientierungen und somit auch die Anzahl auftretender Orbitale pro l überhaupt: Im Bohr-Modell gibt es keine analoge Einteilung. Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 19  Formen und Orientierungen der s-, p- und d-Orbitale: Orbitale mit n = 1, 2 und 3 im Energiestufenschema: 20 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 1.5.2 Der Spin von Elektronen (Texte und Abbildung aus Chemie von Charles E. Mortimer und Ulrich Müller, Thieme Verlag, 9. Auflage, Stuttgart 2007) Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 21 1.5.3 Elektronenkonfiguration im Orbitalmodell Lernziele Elektronenkonfigurationen von gegebenen Atomen im Energiestufenschema (Energieniveauschema) darstellen (im Orbitalmodell) Um die Elektronen richtig «in die Orbitale einzufüllen», müssen die folgenden Regeln beachtet werden: Die Orbitale werden gemäss ihrer energetischen Reihenfolge aufgefüllt. Zuerst wird das energetisch tiefstliegende Orbital gefüllt, dann das nächst höhere etc. Die energetische Reihenfolge der Haupt- und Unterschalen kann aus dem Periodensystem der Elemente herausgelesen werden. Anmerkung: Eine Unterschale mit der Nebenquantenzahl l kann mehrere Orbitale enthalten, nämlich l · 2 + 1 (mit den Quantenzahlen ml ). Diese Orbitale besitzen alle die gleiche Energie. Beispiel: Die Orbitale 2px , 2py und 2pz haben alle dieselbe Energie. In jedem Orbital finden maximal zwei Elektronen Platz. Dabei ist ms für ein Elektron +1/2 («spin up») und für das andere −1/2 («spin down»). Orbitale mit gleicher Energie, d. h. Orbitale mit gleicher Haupt- und Nebenquantenzahl, werden zuerst einzeln besetzt und zwar jeweils mit einem Elektron «spin up». Erst wenn all diese energetisch gleichen Orbitale einzeln besetzt sind, wird eines davon doppelt besetzt, dann das nächste etc. Aufgabe Stellen Sie die Elektronenkonfigurationen von Natrium und Cobalt je in einem Energiestufenschema dar. Na Co 22 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 1.5.4 Vorzeichen von Orbitalen Lernziele in eigenen Worten erläutern, worauf die Zuweisung von Vorzeichen an Teilbereiche von Orbitalen zurückzuführen ist Je nach Auslenkung der...................................... wird den «Teilbereichen» von Orbitalen ein positives oder ein negatives Vorzeichen zugewiesen. Somit ergeben sich für jedes Orbital zwei mögliche Darstel- lungen. Bereiche mit unterschiedlichen Vorzeichen werden jeweils durch................................... voneinander getrennt.      analoge Vorstellung bei eindimensionalen Wellen:                                   analoge Vorstellung bei eindimensionalen Wellen:                              1.6 Molekülorbitale Lernziele das Molekülorbital-Schema eines gegebenen zweiatomigen Moleküls aufstellen, die entsprechenden Orbitale zeichnen und die Bindungsordnung des Moleküls bestimmen den entsprechenden Orbitalen die Begriffe bindend, antibindend, HOMO, LUMO, σ, σ* , π, π* zuordnen Durch das Vorhandensein eines zweiten Atomkerns wird dem Elektron ein................... möglicher Aufenthaltsraum zur Verfügung gestellt. Für das Elektron als stehende Welle bedeutet dies, dass dadurch die Frequenz – und damit die................ – der stehenden Welle.................... Es entsteht ein................... Zustand. Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 23  Elektron als stehende Welle Elektron als stehende Welle um einen Kern um zwei Kerne................... Frequenz................... Frequenz energetisch......................... energetisch.........................    analoge Vorstellung bei eindimensionalen Wellen:                                                Molekülorbitale (stehende Elektronenwellen in einem Molekül, d. h. um mehrere Kerne) können näherungsweise durch die Kombination einzelner Atomorbitale hergeleitet werden. Welche Atomorbitale (AO) können miteinander kombiniert werden und wie bilden diese Molekülorbitale (MO)? Voraussetzungen – gleiche Symmetrie bezüglich der Bindungsachse + + pz pz px pz – ähnliche Energie – möglichst gute Überlappung + + px px pz pz Wie kombinieren Atomorbitale zu Molekülorbitalen? – Orbitalbereiche (der Atomorbitale) mit gleichen Vorzeichen bilden einen gemeinsamen grösseren Bereich (im Molekülorbital) mit diesem Vorzeichen: + – Bereiche mit entgegengesetztem Vorzeichen «meiden sich»: + Merke: → Die Anzahl ursprünglicher AO entspricht immer der Anzahl der gebildeten MO. → Im Normalfall werden nur die Atomorbitale der Valenzschale berücksichtigt. Im Folgenden werden mithilfe dieser sogenannte Linearkombination von Atomorbitalen die Molekülorbitale des H2-Moleküls, des N2-Moleküls und des O2-Moleküls hergeleitet. Überdies werden spezielle Bezeichnungen für Orbitale und weitere Begriffe eingeführt. 24 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 Die Molekülorbitale des H2-Moleküls      analoge Vorstellung bei eindimensionalen Wellen:                                                                          Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 25 Begriffe und Definitionen Bindendes Orbital: Ein bindendes Molekülorbital liegt energetisch tiefer als die Atomorbitale, aus welchen das Molekülorbital entstanden ist. Antibindendes Orbital: Ein antibindendes Molekülorbital liegt energetisch höher als die Atomorbitale, aus welchen das Molekülorbital entstanden ist. Antibindende Orbitale werden mit einem Asterisk (*) gekennzeichnet. Bindungsordnung HOMO und LUMO σ- und π-Orbitale – Molekülorbitale, welche rotationssymmetrisch zu der durch die Kerne verlaufenden Achse (Bindungs- achse) sind, werden als σ-Orbitale («Sigma-Orbitale») bezeichnet: – Molekülorbitale, die diese Symmetrie nicht aufweisen, werden π-Orbitale («Pi-Orbitale») genannt: 26 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 Die Molekülorbitale des N2-Moleküls Anmerkung: Entgegen der Erwartung, dass die bessere Überlappung der beiden 2px -Atomorbitale auch zu einer stärkeren energetischen Absenkung des entstehenden Molekülorbitals führen sollte (im Vergleich zu den 2py - und 2pz -Orbitalen), liegt das bindende Molekülorbital, welches aus den beiden 2px -Atomorbitalen gebildet wird, im N2-Molekül energetisch höher als die beiden bindenden π-Orbitale. Bei den übrigen Molekülen, welche wir besprechen werden, liegt es aber wie erwartet tiefer. Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 27 Das Molekülorbital-Schema des N2-Moleküls Das Molekülorbital-Schema des O2-Moleküls diamagnetisch: nur...................... Elektronen Diamagnetische Substanzen (z. B........ ) werden von einem äusseren Magnetfeld................................. paramagnetisch:......................... Elektronen vorhanden Paramagnetische Substanzen (z. B........ ) werden von einem äusseren Magnetfeld................................. 28 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 1.7 Atomorbitale 2.0: Hybridisierung Lernziele in einem gegebenen Molekül die Hybridisierung sämtlicher C-, O- und N-Atome angeben und dabei angeben, welche geometrische Struktur ein Molekül an den betroffenen Atomen aufweist H H H H C C H C C C C C H H H H H Entartung der Valenzorbitale beim C-Atom tetraedrisches C-Atom Hybridisierung s px py pz sp3 -Hybridorbitale Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 29 trigonal planares C-Atom Hybridisierung s px py sp2 -Hybridorbitale lineares C-Atom Hybridisierung s px sp-Hybridorbitale Zurück ins Molekül: Beispiel Ethen 30 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 Die Molekülorbitale und das Molekülorbital-Schema des Ethins Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 31 1.8 Mesomere Systeme Lernziele das Molekülorbital-Schema eines gegebenen einfachen organischen Moleküls aufstellen, die entsprechenden Orbitale zeichnen und diesen die Begriffe bindend, antibindend, HOMO, LUMO, σ, σ* , π, π* zuordnen und dabei davon ausgehen, dass die beteiligten Atome sp-, sp2 - bzw. sp3 -hybridisiert sind in Skelettformeln mesomere Systeme kennzeichnen gegebene mesomere Systeme gegebenen Farben zuordnen und Ihre Wahl begründen σ-System und π-System am Beispiel des Benzol-Moleküls In Molekülen, welche nicht nur sp3 -hybridisierte C-Atome enthalten, kombinieren die Hybridorbitale (Atomor- bitale) zu σ-Orbitalen (Molekülorbitale), welche zusammen das σ-System bilden. Die pz -Orbitale (Atomorbitale) kombinieren zu π-Orbitalen (Molekülorbitale), welche zusammen das π-System bilden. Im Benzol-Molekül sind alle sechs C-Atome sp2 -hybridisiert: Aus energetischen und symmetrischen Gründen können die beiden Systeme separat betrachtet werden. → Weil sich............ und............ jeweils im π-System befinden, interessiert uns nur das π-System! Polyacetylene als Modelle für Verbindungen mit mesomeren Systemen Mesomere oder auch konjugierte Systeme sind zusammenhängende π-Systeme. In Skelett-, Lewis- oder Strukturformeln sind mesomere Systeme daran zu erkennen, dass sich Einfach- und Doppelbindungen abwechseln. Beispiele: 32 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1  Ethen Butadien Hexatrien Octatetraen Decapentaen Knoten-Ebene: Orbital-Lappen mit entgegengesetzten Vorzeichen treffen aufeinander. Aufgabe Welches Polyenal hat welche Farbe? Ordnen Sie den folgenden Polyenalen die Farben Hellgelb (Grünlichgelb), Gelb und Gelborange zu und begründen Sie Ihre Entscheidung stichwortartig. O O O Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 33 Stickstoff- und Sauerstoff-Atome in mesomeren Systemen Stickstoff- und Sauerstoff-Atome sind in Molekülen – sofern sie nicht an einer Doppelbindung teilnehmen – sp3 -hybridisiert. Beispiele: O N O H H Sind sie aber Teil eines mesomeren Systems, sind sie sp2 -hybridisiert. Dabei müssen zwei Fälle unterschieden werden: Das Stickstoff- bzw. Sauerstoff-Atom nimmt an einer Doppelbindung teil. O Atomorbitale des Sauerstoff-Atoms: N Atomorbitale des Stickstoff-Atoms: Legende: sp2 -Orbital: 2 Elektronen; freies Elektronenpaar sp2 -Orbital: 1 Elektron; Teil einer σ-Bindung pz -Orbital: 1 Elektron; Teil einer π-Bindung =⇒ Das Stickstoff- bzw. Sauerstoff-Atom steuert ein Elektron (dasjenige im pz -Orbital) zum π-System bei. Das Stickstoff- bzw. Sauerstoff-Atom ist einer Doppelbindung benachbart. O Atomorbitale des Sauerstoff-Atoms: N Atomorbitale des Stickstoff-Atoms: Legende: sp2 -Orbital: 2 Elektronen; freies Elektronenpaar sp2 -Orbital: 1 Elektron; Teil einer σ-Bindung pz -Orbital: 2 Elektronen; freies Elektronenpaar =⇒ Das Stickstoff- bzw. Sauerstoff-Atom steuert zwei Elektronen (diejenigen im pz -Orbital) zum π-System bei. 34 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 Aufgabe Umkreisen Sie in den folgenden Molekülen jeweils die am π-System beteiligten Atome und geben Sie jeweils die Anzahl Elektronen im π-System an. H O O N O N H H N N N O H O O O O O H O H Zusammenfassung Viele Moleküle von (Natur-)Farbstoffen enthalten ausgedehnte π-Systeme. Je grösser ein π-System ist, umso................ ist die Lücke zwischen dem HOMO und dem LUMO. Entspricht die Energiedifferenz (Lücke) zwischen HOMO und LUMO der Energie von Licht im sichtbaren Bereich, nehmen wir den Stoff als farbig wahr. Farbstoff absorbiertes Licht ∆E HOMO-LUMO π-System (Farbe) (mit Angabe des entsprechenden Wellenlängenbereichs) (gross/klein) (gross/klein) Orange Blau Gehen grosse π-Systeme kaputt, kann es sein, dass die dabei entstandenen Fragmente (kleinere) π-Systeme enthalten, welche folglich Licht anderer (................... ) Wellenlängen absorbieren. Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 35 1.9 Pericyclische Reaktionen 1.9.1 Cycloadditionen Lernziele aufgrund der Molekülorbitale der beiden Edukte einer gegebenen Cycloaddition graphisch und in Worten erklären, weshalb unter den gegebenen Bedingungen nur ein bestimmtes Produkt zu beobachten ist Cycloadditionen sind chemische Reaktionen, bei welchen zwei Moleküle so reagieren, dass ein Molekül mit einem neu gebildeten Ring entsteht. Beispiel: + Mögliche «Erklärung»: + Aber: + + Mit der möglichen «Erklärung» von oben (Verschieben von Elektronenpaaren) ist nicht ersichtlich, weshalb bei den letzten beiden Beispielen keine analoge Reaktion zu beobachten ist. Erst mithilfe der Molekülorbitale lässt sich das unterschiedliche Verhalten dieser Edukte nachvollziehen: 36 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1  Molekülorbitale von Butadien: Molekülorbitale von Propen: Aufgabe Zeigen Sie in analoger Weise (mithilfe der Molekülorbitale), weshalb die Reaktion zwischen zwei Butadien- Molekülen nicht zur Bildung von Cycloocta-1,5-dien führt. Zusatzaufgabe: Es ist nicht so, dass zwei Butadien-Moleküle gar nicht reagieren würden; sie bilden während einer Cycloaddition ein stabiles Produkt. Überlegen Sie sich, wie diese Cycloaddition ausschauen könnte und welches Produkt dabei entstehen könnte. Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 37 Lösungen: Photochemisch – unter Bestrahlung mit (UV-)Licht – reagieren zwei Butadien-Moleküle aber sehr wohl zu Cycloocta-1,5-dien: Das «HOMO des angeregten Zustandes» (das nun einfach besetzte, ehemalige LUMO des Grundzustandes, auch SOMO – single occupied molecular orbital – genannt) des einen Moleküls hat die richtige Symmetrie für eine Kombination mit dem LUMO des anderen Moleküls, welches sich weiterhin im Grundzustand befindet. Die Reaktion kann folglich stattfinden: 38 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 Zusammenfassung Cycloadditionen können – wie andere pericyclische Reaktione auch – thermisch oder photochemisch ablaufen. Je nach Bedingung entstehen andere Produkte. [2 + 2]-Cycloaddition hν ∆ + [4 + 2]-Cycloaddition hν ∆ + [4 + 4]-Cycloaddition hν ∆ + Zwei Beispiele aus der Industrie bzw. der Natur Captan ist ein industriell hergestelltes Fungizid. Es ist ein für die Landwirtschaft zugelassenes Pflanzen- schutzmittel. Der erste Schritt in der Synthese von Captan ist die Cycloaddition zwischen Butadien und Maleinsäureanhydrid: O O O H H mehrere + O O N S Schritte CCl3 O H H O O Butadien Maleinsäure- Captan anhydrid Chalcomoracin kommt in von Pilz befallenen Maulbeerbäumen vor. Es schützt die Blätter, indem es das Keimen der Sporen unter- drückt. Chalcomoracin hat in Stu- dien nicht nur antivirale und anti- bakterielle Wirkung gezeigt, son- dern gilt auch als potenzielles Krebsmedikament. In den Blät- tern des Maulbeerbaumes wird es mithilfe eines Enzyms durch die Cycloaddition zweier – bereits grösseren – Molekülen syntheti- siert: Quelle: Gao, L., Su, C., Du, X. et al. FAD-dependent enzyme-catalysed intermolecular [4 + 2] cycloaddition in natural product biosynthesis. Nat. Chem. 12, 620–628 (2020). https://doi.org/10.1038/s41557-020-0467-7 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 39 1.9.2 Elektrocyclische Reaktion Lernziele aufgrund der Molekülorbitale des Eduktes einer gegebenen elektrocyclischen Reaktion graphisch und in Worten erklären, weshalb unter den gegebenen Bedingungen nur ein bestimmtes Produkt zu beobachten ist Während einer elektrocyclischen Reaktion wird an den Enden eines π-Systems eine neue σ-Bindung gebildet. Im dabei entstandenen Produkt ist das π-System um zwei Atom-Zentren (meist zwei C-Atome) kürzer als im ursprünglichen Edukt. Beispiele: Aufgabe In dieser Aufgabe werden Sie selbständig herausfinden, wie man das Resultat einer elektrocyclischen Reaktion mithilfe der Molekül-Orbitale erklären kann. Es geht um die elektrocyclische Reaktion des folgenden Stereoisomers von Octa-2,4,6-trien, bei welcher grundsätzlich zwei verschiedene Produkte möglich sind: oder 1. a) Wird die Reaktion thermisch – unter Erwärmung – durchgeführt, entsteht nur das cis-Isomer: ∆ In der aktuellen Fragestellung ist es praktischer, das Molekül nicht von oben, sondern, wie im Folgenden gemacht, von der Seite darzustellen. Während der Reaktion müssen die rot dargestellten Bindungen leicht gedreht werden. Zeichnen Sie die erforderlichen Rotationsrichtungen um die roten Bindungen ein, damit das beobachtete Produkt gebildet werden kann. ∆ b) Wird die Reaktion photochemisch – unter Lichteinstrahlung – durchgeführt, entsteht nur das trans-Isomer: hν 40 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1  Zeichnen Sie auch hier wieder die erforderlichen Rotationsrichtungen um die roten Bindungen ein, damit das beobachtete Produkt gebildet werden kann. hν 2. Während der Reaktion entstehen aus drei π-Bindungen (sechs Elektronen im π-System) zwei π-Bindungen (vier Elektronen im π-System) und eine σ-Bindung (zwei Elektronen). Aus welchem (π-)Molekül-Orbital muss also das neue σ-Molekül-Orbital gebildet werden (HOMO oder LUMO)? Anmerkung: Nicht in allen Fällen wird das von Ihnen gewählte π-Molekül-Orbital (HOMO bzw. LUMO) tatsächlich zum neuen σ-Molekül-Orbital. Es ist dann eher ein tiefer liegendes, doppelt besetztes π-Molekül-Orbital, das zum σ-Molekül- Orbital wird. Dieses tiefer liegende Molekül-Orbital hat aber an den endständigen Orbital-Lappen die gleiche Symmetrie (gleiche Vorzeichen der entsprechenden Orbital-Lappen) wie das von Ihnen gewählte Molekül-Orbital (HOMO bzw. LUMO). Aus diesem Grund lassen sich mit der Vereinfachung, dass es das von Ihnen gewählte Molekül-Orbital (HOMO bzw. LUMO) ist, das zum neuen σ-Molekül-Orbital wird, trotzdem richtige Voraussagen treffen. 3. Stellen Sie nun die Molekül-Orbitale des π-Systems von Octa-2,4,6-trien dar. Malen Sie dazu die vorgezeichneten Orbitale entsprechend aus. Füllen Sie die vorhandenen Elektronen in die Molekül-Orbitale ein; einmal für die thermische und einmal für die photochemische Reaktion. Bezeichnen Sie jeweils das HOMO (bzw. SOMO) und das LUMO. Elektronenkonfiguration ∆ hν Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 41  4. Versuchen Sie nun aufgrund Ihrer Ergebnisse aus den Aufgaben 1 bis 3 das Reaktionsverhalten von Octa-2,4,6-trien unter thermischen und photochemischen Bedingungen zu erklären. Ihre Ausführung soll drei bis vier Sätze und (mindestens) zwei geeignete Darstellungen enthalten. 5. Welche Produkte werden während den folgenden elektrocyclischen Reaktionen gebildet? Begründen Sie Ihre Antwort jeweils stichwortartig und mit einer geeigneten Darstellung. a) ∆ b) hν c) ∆ 42 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 Warum wir für die Synthese von Vitamin D3 Sonnenlicht brauchen Die Synthese von Vitamin D3 gilt als «Paradebeispiel» einer elektrocyclischen Reaktion. Im Gegensatz zu den Beispielen, die Sie oben kennengelernt haben, findet bei der Synthese von Vitamin D3 kein Ring-Schluss, sondern eine Ring-Öffnung statt. Elektrocyclische Reaktionen können grundsätzlich immer – wie alle anderen Reaktionen auch – in beide Richtungen ablaufen; die Ring-Öffnung ist also die Rückreaktion des Ring-Schlusses und umgekehrt. In unserer Oberhaut ist reichlich 7-Dehydrocholesterin (Provitamin D3 ) vorhanden. Sobald die Haut dem Sonnenlicht ausgesetzt ist, reagiert 7-Dehydrocholesterin durch Absorption von UV-B-Licht (λ = 280 bis 315 nm) in einer elektrocyclischen Reaktion (Ring-Öffnung) zu «Prävitamin D3 », welches im Anschluss (auch in Abwesenheit von Sonnenlicht) in das stabilere Vitamin D3 umgewandelt wird: H H hν H H H HO HO 7-Dehydrocholesterin «Prävitamin D3 » (Provitamin D3 ) H H HO Vitamin D3 Genau wie Ring-Schlüsse können auch Ring-Öffnungen thermisch oder photochemisch ablaufen; je nach Bedingung entsteht dann ein anderes Produkt. Warum bei 7-Dehydrocholesterin aber nur ein photochemischer Verlauf möglich ist, soll nun gezeigt werden. In der folgenden Abbildung ist 7-Dehydrocholesterin so dargestellt, dass wir von der Seite direkt auf die σ-Bindung schauen, welche während der Ring-Öffnung aufgelöst wird; die beiden angrenzenden Sechsringe sind mit gestrichelten Bindungen angedeutet. Anhand dieser Darstellung ist zu erkennen, dass aufgrund der Molekülstruktur, namentlich der beiden angrenzenden Sechsringe, die Rotationsrichtungen bei der Ring-Öffnung vorgegeben sind. Die ursprünglichen sp2 -Hybridorbitale, welche mit den entsprechenden Vorzeichen zusammen das bindende σ-Molekülorbital gebildet haben (linke Darstellung), werden während der Ring-Öffnung zu Orbital-Lappen Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1 43 (ursprüngliche pz -Atomorbitale) eines werdenden π-Molekülorbitals (rechte Darstellung). Durch die vorgegebenen Rotationsrichtungen werden also die endständigen Orbital-Lappen nicht in Phase sein (unterschiedliches Vorzeichen oben und unterschiedliches Vorzeichen unten), was der Orbital-Symmetrie des LUMO des werdenden π-Systems entspricht. Orbital-Symmetrie mit dem LUMO und nicht mit dem HOMO bedeutet – wie auch bei den Ring-Schlüssen, welche Sie oben kennengelernt haben – dass die Reaktion photochemisch erlaubt ist, thermisch aber nicht (es sei hier auf die Anmerkung auf Seite 41 hingewiesen). Wir sind also aufgrund «simpler» Orbital- Symmetrie bei der Synthese von Vitamin D3 auf Sonnenlicht angewiesen; diese ist schlussendlich dafür verantwortlich, dass wir bei zu wenig Sonnenlicht einen Vitamin-D3 -Mangel haben. 44 Schwerpunktfach Chemie – Kapitel 1