Orbitale, Quantenzahlen, Hauptquantenzahlen, Nebenquantenzahlen, Magnetzahl?

2 Antworten

Dass sich Elektronen auf Schalen bewegen können und den Atomkern umkreisen, wie Planeten die Sonne, ist aus mehreren Gründen falsch. Dennoch ist dieses Bild anschaulich und dient am Anfang als Annäherung an das Thema.

Es geht bei den Orbitalen um den Aufenhalt eines Elektrons um einen Atomkern. Dieser Aufenthalt lässt sich nicht exakt berechnen, sondern nur als Wahrscheinlichkeit angeben. Ein Orbital ist dabei ein Raumelement, in dem sich das Elektron zu über 95% aufhält.

Orbitale lassen sich mathematisch durch sog. Quantenzahlen beschreiben. Dabei gibt die Hauptquantenzahl (n) die Energie des Orbitals an und beschreibt somit eigentlich das gleiche wie die Schalen (n= 1 = K-Schale, n= 2 = L-Schale, usw.). Die Nebenquantenzahl (l) gibt den Bahndrehimpuls wieder und beschreibt die Form (s, p, d-Orbital) der Orbitale, die ab l=1 (= p-Orbital) keine Kugel (l=0 =s-Orbital) mehr ist und damit unterschiedliche Ausrichtung entland der drei Achsen (x,y,z) besitzt. Da es somit drei unterschiedliche räumliche Orientierungen gibt unterteilen sich die p-Orbital in drei "Unterschalen" (px, py, pz), die durch die magnetischen Quantenzahlen (m) beschrieben werden.

Im Falle der d-Orbitale ist l=2 und es gibt insgesamt 5 räumliche Orientierungen und damit auch 5 "Unterschalen".

Jede Schale/ Unterschale kann zwei Elektronen aufnehmen. Wichtig ist, dass diese Elektronen sich in mindestens einer Quantenzahl unterscheiden müssen, da sie sonst energetisch gleich wären und - vereinfacht ausgedrückt - miteinander wechselwirken würden, was nicht sein darf. Die vierte Quantenzahl ist der Spin (s), der für Elektronen nur Werte von +0,5 oder -0,5 annehmen kann. Somit ist eine Schale/Unterschale mit zwei Elektronen (+/- 0,5) voll.

Schematisch sind die Orbitale (Striche in unterschiedlichen Farben) und ihre "Unterschalen" (Striche gleicher Farben) hier dargestellt.

https://www.abiweb.de/assets/courses/img/anorganische-chemie/8_verteilte_Elektronen_im_Energieschema_der_Orbitale.gif

Wenn du jetzt richtig zählst sind 8 Elektronen (rote Pfeile) eingezeichnet (immer maximal 2 pro Schale). Du siehst, dass du im 2. Orbital bist (entspricht n=2, also L-Schale, also zweite Periode im PSE). Das entspricht dem Element Sauerstoff. Was auffällt ist, dass 4 Elektronen im 2p-Orbital sind. Wenn du ins Periodensystem schaust, siehst du dass Sauerstoff das 4 Element im rechten "Block" ist. Wenn du alles soweit verstanden hast, verstehst du, wie das PSE aufgebaut ist.

LG

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