Arbeitsblatt: Das Orbitalmodell

Das Orbital-Modell Literatur: Chemie (Mortimer), Chemistry (Whitten et al.) Vom Bohr-Modell zum Orbital-Model 1925 sagte de Broglie die Wellenlänge für ein Teilchen auf Grund gegebener Masse und Geschwindigkeit voraus. Zwei Jahre später zeigten Davisson und Germer (Bell Telephone Labs), dass Elektronen an einer NickelOberfläche gebeugt werden. Dies zeigte, dass Elektronen Wellencharakter haben. Die experimentell bestimmte Wellenlänge und die nach de Broglie berechnete stimmten genau überein. Bild 1: Beugung von Elektronen an einer Thallium-Folie Diese neuen Erkenntnisse führten zu einer neuen Mechanik, die die Physik der Teilchen beschreibt – der Quantenmechanik (lat. quantum, wie gross). Als Es ist unmöglich sowohl Impuls (mv) als auch Position eines eines Elektrons (oder jedes anderen sehr kleinen Teilchens) der gleichzeitig zu bestimmen. wichtigsten Prinzipien der Quantenmechanik gilt, dass der Pfad, den Elektronen um den Kern machen, nicht genau bestimmt werden kann. Wir können also nicht genau sagen, wo die Elektronen sich aufhalten. Heisenberg hat dies 1927 formuliert: Elektronen werden durch Licht detektiert. Um ein so kleines Objekt wie ein Elektron zu orten, muss Licht mit sehr kurzer Wellenlänge angewandt werden. Dieses Licht ist aber sehr energiereich. Sobald es auf ein Elektron trifft, erteilt es ihm einen Impuls und verändert drastisch seine Bewegung. In der Quantenmechanik werden die Elektronen als dreidimensionale Wellen beschrieben. Nur bestimmte Wellen sind möglich für einen bestimmten Raum um den Nukleus. Jede erlaubte Welle wird Orbital genannt und entspricht einem gewissen Energiezustand. Jedes Orbital wird durch 4 Merkmale, den Quantenzahlen, beschrieben. Ein Orbital kann als Raum verstanden werden, in dem sich die Elektronen mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit aufhalten. Quantenzahlen Die Orbitale werden mit Quantenzahlen beschrieben. Die Hauptquantenzahl entspricht der Schalenzahl im Bohr-Modell. Je grösser n, desto weiter weg ist die Schale vom Kern. Die Elektronen der innersten Schale sind am energieärmsten. Die Schalen sind in Unterschalen aufgeteilt und diese werden mit den Nebenquantenzahlen beschrieben. Die Zahl der Unterschalen ist gleich n. Es werden s,p,d und f-Unterschalen unterschieden. Die energiegleichen Orbitale können in alle drei Dimensionen ausrichten. Man unterscheidet diese Ausrichtungen mit der Magnetquantenzahl m. Die Elektronen drehen sich um ihre eigene Achse. Dabei entsteht ein kleines Magnetfeld. Es wird durch die Spinquantenzahl beschrieben und kann die Werte und – annehmen. Übersicht über die Quantenzahlen: Bezeichnung Quantenzahl Charakterisieru ng Hauptquantenzahl Energieniveau Nebenquantenzahl Orbital Magnetquantenzahl Spinquantenzahl Ausrichtung Rotationsrichtun Formen der Orbitale (s, p, und d) Werte 0 bis 7 (K,L,M,N,O,P,Q) 0 bis 3 (s,p,d,f) 3 bis -3 oder –