Elektronenkonfiguration Element Cer?
Hallo,
kann mir hier vielleicht jemand erklären, warum die Elektronenkonfiguration von CE Xe 4f1 5d1 6s2 ist? Warum ist das 4f-Orbital und das 5d-Orbital nur mit einem Elektron besetzt?
Danke!
2 Antworten
Nach den simplen Regeln würde man eher eine 4f²-Besetzung erwarten als 4f¹5d¹, so wir die darauffolgenden Elemente Nd und Pr ja auch 4f³ und 4f⁴ haben. Aber die simplen Regeln sind eben zu simpel (La hat übrigens 5d¹). In jedem Fall kommt natürlich noch ein 6s² dazu.
Je schwerer die Atome sind, umso mehr häufen sich die „Ausnahmen“ in den Elektronenkonfgurationen. Diese werden ja durch den Nettoeffekt vieler einzelner Faktoren bestimmt (u.a. Orbitalenergien, Korrelation, Spin-Kopplungen und Spin–Bahn-Kopplungen). Bei leichteren Atomen ist das alles sehr übersichtlich: Die Orbitalenergien liegen soweit voneinander entfernt, daß die Spin-Kopplungen keinen Einfluß auf die Besetzungen haben, und die Spin–Bahn-Kopplungen sind vernachlässigbar. Deshalb kommt man zu einfachen Regeln, und die paar Ausnahmen (z.B. Cr) hängen mit halb- und vollgefüllten Schalen zusammen.
Bei schweren Atomen wird es unübersichtlicher, weil der Energieunterschiede zwischen den Orbitalen kleiner werden und die Spin-Kopplungen daher eine größere Rolle spielen. Dadurch werden Elektronenkonfigurationen etwas unscharf definiert und sind oft nur eine müde Näherung. Die Spin–Bahn-Kopplung kann groß sein, und dann bricht die ganze Idee von nach ℓ-Wert getrennten Orbitalen ganz zusammen.
Beim Cer ist es offenbar so, daß die Elektronen einander besser ausweichen können, wenn nur eines im f-Orbital und eines im d-Orbital sitzt, als wenn sich beide den f-Raum teilen. Interessanterweise bevorzugen sie dabei antiparallelen Spin (Grundzustand ¹G₄). Das muß man genauso hinnehmen, wie daß der Bindungswinkel im H₂O-Molekül 104.5° beträgt und nicht 106.1°.
4f und 5d liegen weiter auseinander als verschieden orientierte 5d untereinander. Zumindest in diesem Fall.
Warum die Elektronenkonfiguration eines Übergangsmetalls und noch mehr eines Lanthanoids/Actinoids gerade so und nicht anders ist, erfordert eine ziemlich langwierige numerische Berechnung.