Frage von questions89, 24

Energieniveauschema?

Warum ist es günstiger zuerst 4s zu füllen, bevor man 3d füllt??

Antwort
von PWolff, 9

Das hängt damit zusammen, wie weit die "Elektronenbahnen" nach außen reichen.

Im Wasserstoffatom hängt die Energie nur von der Hauptquanzenzahl ab, aber wenn die Energieniveaus nach und nach mit Elektronen gefüllt werden, sieht das neue Elektron schon eine Wolke von Elektronen um den Kern herum.

Je näher nun das neue Elektron an den Kern herandarf, desto weniger Elektronen schirmen die Kernladung von ihm ab und desto günstiger ist dieses "Elektronenorbital".

s-Orbitale sind kugelförmig und in der Mitte besonders dicht, d-Orbitale sind ziemlich keulenförmig und weit außen besonders dicht. Deshalb kommt ein 4s-Elektron im Mittel häufiger dicht an den Kern heran als ein 3d-Elektron (wenn auch das 3d-Elektron im Mittel den kleineren Abstand hat).

Vergleiche auch

https://www.gutefrage.net/frage/was-genau-sind-die-orbitalen-eines-atoms-und-was...

https://www.gutefrage.net/frage/maximale-elektronen-besetzung-8-oder-nicht-chemi...

Expertenantwort
von indiachinacook, Community-Experte für Chemie, 8

Darauf gibt es wirklich keine bessere Antwort als „weil es so ist“. Wer es nicht glaubt, der muß strafeshalber die Schrödinger-Gleichung lösen und wird dann sehen, daß es so rauskommt.

Der Grund liegt in der Balance zwischen der Anziehung zwischen Kern und Elektronen (be­günstigt 3d) und der Ab­stoßung zwischen den Elektronen (be­günstigt 4s). Aber daß das wirklich so ist, kann man nur mit einer kom­plizier­ten Rechnung zeigen.

Allerdings nur für Atome. Bei Kationen wird das 3d befüllt, während das 4s leer bleibt. Deshalb hat z.B. Vanadium (neutral) eine Konfiguration [Ar] 3d³ 4s², während Mn²⁺ zwar gleich viele Elektronen hat, die aber alle ins d steckt: [Ar] 3d⁵. Das kann man damit erklären, daß im Kation der Kern­ladung größer ist und sich gegen die E-E-Abstoßung durchsetzt.

Antwort
von TheJulioggd, 9

S-Orbitale sind kugelförmig. Offensichtlich ist das der energieärmste Elektronenzustand. Deswegen werden die 4 s Orbitale vor den 3 d Orbitalen aufgefüllt.

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