Chemie: Wieso sind Lanthan und Actinium eine Ausnahme bei der Elektronenkonfiguration?
Hallo, mir ist letztens aufgefallen, dass Lanthan und Actinium bei der Elektronenkonfiguration als erstes das 5d/6d Obital gefüllt wird, obwohl theoretisch das 4f/5f Orbital gefüllt werden müsste. Im Internet steht überall nur "als erstes Elektronen die leeren Schalen einer Untereinheit besetzen", aber nirgendwo wird erklärt warum.
Vielleicht weiß es ja einer von euch.
Ich bedanke mich im voraus für eure Hilfe.
2 Antworten
Das sind halt Ausnahmen oder Anomalien zum sonst so einfachen Madelung-Schema.
Solche Abweichungen gibt es ja schon bei Chrom und Kupfer und verstärkt bei den Platinmetallen. Also Umverteilungen zwischen s- und d-Orbitalen.
Wenn f-Orbitale dazukommen, sind 3 Möglichkeiten vorhanden, 6s, 5d und 4f bzw. 7s, 6d und 5f. Alle diese Orbitale unterscheiden sich nur minimal in ihrer Energie.
Und die Reihenfolge der Orbitale ändert sich auch mit wachsender Kernladung. Bei K bis Sc liegt das 4s tiefer als das 3d, bis zum Zn dreht sich das komplett, sodass das Zink seine beiden 4s-Elektronen abgibt.
Manchmal sind Anomalien in der Stabilität halb- oder vollbesetzter d-Unterschalen zu finden, beim Cr und Cu. In anderen Fällen kenne ich keine Begründung.
Auch für La und Ac kenne ich den Grund nicht. Und bezweifle, dass ich ihn verstehen würde. Sind halt Feinheiten, die man nur verstehen kann, wenn man sich eingehend mit Physikalischer Chemie beschäftigt.
Im Grunde ist das alles auch uninteressant, da man meist mit Ionen zu tun hat, jedenfalls nicht mit Atomen im Gaszustand. Und bei Ionen sieht wieder alles anders aus, m.W. auch die energetischen Reihenfolge der Orbitale.
Also lerne es auswendig oder lasse es bleiben, ist praktisch unwichtig.
Moin,
direkt erklären kann ich es dir leider auch nicht, aber soweit mir bekannt ist, gibt es vom Lanthan in Verbindungen nur die Oxidationsstufe +III (?), zum Beispiel im La2O3. Es könnte also mit der Stabilität seiner Ionen zu tun haben, die größer zu sein scheint, wenn drei Elektronen abgegeben werden (die beiden aus 6s2 und ein weiteres). Wenn das dritte Elektron aus den "Tiefen des Atomrumpfs", also aus dem 4f-Orbital, geholt werden muss, wäre das ein größerer Energieaufwand, als wenn das Elektron "nur" aus dem 5d-Orbital kommt. Zugegeben, so groß ist der Unterschied zwischen den Energiestufen von 4f und 5d nicht, aber immerhin...
Vielleicht ist man überhaupt erst durch die Lanthanverbindungen auf die Idee gekommen, dass hier eine von der Energieregel abweichende Elektronenkonfiguration vorliegt?! Spekulationen, ich weiß...
Beim Actinium ist das etwas anders. Hier gibt es offenbar neben der häufigeren Oxidationsstufe +III auch die Oxidationsstufe +II (im AcH2). Aber Actiniumatome sind noch einmal größer, so dass der Unterschied in den Energiestufen zwischen 5f- und 6d-Orbitale noch einmal kleiner ist. Möglicherweise ist hier also die größere Stabilität von Ac^3+-Ionen und Ac^2+-Ionen nicht ganz so gravierend?! Auch nur Spekulationen...
LG von der Waterkant