Frage von Materie22, 18

Hallo, ich würde gerne wissen wieso die elektronenkonfiguration von niobium (nb) Kr 4d4 5s1 ist Und nicht so wie ich dachte, nämlich : Kr 5s2 4d3?

Chemie

Antwort
von DedeM, 11

Moin,

die Besetzung von Orbitalen ist so eine Sache. Im Grundzustand gelten etwa folgende Regeln:

1. Energieregel
Die Orbitale werden so besetzt, dass die energieärmeren zuerst besetzt werden.

2. Pauli-Verbot
In einem Atom gibt es keine zwei Elektronen, die in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen. (Erläuterung: Besetzen zwei Elektronen das gleiche Orbital, müssen sie sich in ihrem Spin unterscheiden).

3. Hundsche Regel
Energiegleiche (entartete) Orbitale werden so besetzt, dass der Spin von möglichst vielen Elektronen gleich ist. (Erläuterung: Energiegleiche Orbitale müssen mit Elektronen zuerst jeweils einfach besetzt werden, wobei dann die Elektronen den gleichen Spin haben).

4. Regel der halbbesetzten Orbitale
Bei der Besetzung energetisch sehr ähnlicher Orbitale ist es günstiger, die Orbitalstufen jeweils halb zu besetzen, als ein minimal günstiger liegendes Orbitalniveau voll und das minimal schlechter liegende "irgendwie".

Für dein Problem spielen die Regeln 3 und 4 eine Rolle (und indirekt auch die Regel 1). Nach der Energieregel müsste es eigentlich 5s^2 4d^3 heißen, da hast du recht. Aber der Unterschied im Energiegehalt der betroffenen Orbitale ist so gering, dass man im Grunde sagen könnte, dass sie fast auf gleichem Niveau liegen.
Nun entspricht eine Verteilung 5s^1 4d^4 einer halben Besetzung beider Orbitalstufen eher, als das erwartete 5s^2 4d^3 (Regel der halbbesetzten Orbitale).
Hinzu kommt, dass bei 5s^1 4d^4 fünf Elektronen gleichen Spin haben, während beim 5s^2 4d^3 nur vier Elektronen denselben Spin haben. Doch weil die beiden Niveaus so nahe beieinander liegen, ist es günstiger, die maximale
Anzahl gleicher Elektronenspins herbeizuführen (Hundsche Regel).

Darum werden im Niob-Atom im Grundzustand die Elektronen so verteilt: 5s^1 4d^4.

Beim nächsten Element, dem Molybdän, ist dann die Elektronenverteilung 5s^1 4d^5 wieder vollkommen logisch gemäß der oben genannten Besetzungsregeln, weil hier das 5s-Orbital und die fünf 4d-Orbitale tatsächlich halbbesetzt sind und der gleiche Spin maximal wird.

Fazit: Die Orbitalniveaus von 5s und 4d sind fast gleich, so dass die Energieregel in den Hintergrund rückt...

LG von der Waterkant.

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