Übungsaufgaben – Orbitaltheorie und Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen in der Atomhülle

Aufgaben: Orbitaltheorie und Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen in der Atomhülle

Sie benötigen das Periodensystem der Elemente!

  1. Die Perioden im PSE (= Energiestufen) werden den Hauptniveaus der Orbitaltheorie gleichgesetzt. Je nach Hauptniveau können verschiedene Unterniveaus zugeordnet werden. Benennen Sie die Unterniveaus, ordnen Sie die Anzahl der Orbitale und die maximal mögliche Elektronenanzahl zu.
  1. Formulieren Sie die Regeln zur Besetzung der Unterniveaus mit Elektronen.
  1. Die Verteilung der Elektronen eines Elements in der Atomhülle lässt sich im Rahmen der Orbitaltheorie durch zwei Möglichkeiten darstellen – in Kästchenschreibweise oder Elektronenkonfigurationsschreibweise. Notieren Sie beide Schreibweisen für die folgenden Elemente: Po, Ra, Er, Pu, Og

  1. Geben Sie die Quantenzahlen als Aufenthaltskoordinaten in der Atomhülle für das 2., 9. Und 13. Elektron des Chlor-Atoms an.

Lösungen

Unterniveaus, Orbitale und Elektronenanzahl:

Unterniveau s: 1 Orbital, 2 Elektronen

Unterniveau p: 3 Orbitale, 6 Elektronen

Unterniveau d: 5 Orbitale, 10 Elektronen

Unterniveau f: 7 Orbitale, 14 Elektronen

Regeln zur Besetzung der Energiestufen mit Elektronen:

Energieprinzip:

Die freien Orbitale werden in der energetischen Reihenfolge aufgefüllt, d.h. zunächst werden die Orbitale mit der niedrigsten Energie besetzt.

Hund`sche Regel:

Energiegleiche Orbitale werden zunächst einfach besetzt, erst dann erfolgt Elektronenpaarung.

Pauli-Prinzip:

Jedes Orbital kann maximal zwei Elektronen mit unterschiedlicher Eigenrotation (Spin) aufnehmen.

Kästchenschreibweise:

Elektronenkonfigurationsschreibweise:

Quantenzahlen von Elektronen:

  1. Elektron: n = 1, l = 0, m = 0, s = -1/2
  1. Elektron: n = 2, l = 1, m = +1, s = +1/2
  1. Elektron: n = 3, l = 1, m = -1, s = +1/2

Erläuterung: In einem Atom kann jeder durch die 4 Quantenzahlen gekennzeichnete Zustand nur von einem einzigen Elektron besetzt werden. Für ein bestimmtes Elektron gibt es also nur eine mögliche Kombination der 4 Quantenzahlen.

Das bedeutet mit anderen Worten, dass jedes Atomorbital als Aufenthaltsort nur mit zwei Elektronen entgegengesetzten Spins besetzt sein kann. Man nennt diese beiden Elektronen gepaart. Die 4 Quantenzahlen sind namentlich 1. die Hauptquantenzahl (n), 2. die Nebenquantenzahl (l), 3. die magnetische Quantenzahl (m) und 4. die Spinquantenzahl (s).

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