1. Pauli-Prinzip

Vom Atombau zum Königreich der Elemente
Wiederholung: Elektronenwellenfunktionen (Orbitale)
 Jedes Orbital kann durch einen Satz von Quantenzahlen n, l, m charakterisiert werden
 Jedes Orbital kann maximal 2 Elektronen aufnehmen, die sich jedoch in ihren Spin s
unterscheiden müssen
 Die Hauptquantenzahl n bestimmt die Energie eines Orbitals
 Die Nebenquantenzahl l beschreibt den Bahndrehimpuls eines Elektrons. Sie
bestimmt die Form des Orbitals
l=0
l=1
l=2
i=3
(s-Orbital)
(p-Orbital)
(d-Orbital)
(f-Orbital)




radialsymmetrisch
hantelförmig
gekreuzte Doppelhantel
rosettenförmig
 Die magnetische Quantenzahl m bestimmt die Ausrichtung des Orbitals unter
dem Einfluß eines äußeren Magnetfeldes
Auffüllen der Orbitale von Mehrelektronen-Atomen
Alle neutralen Atome mit Z>1 enthalten Z Elektronen. Diese Elektronen werden nach
bestimmten Regeln auf die Atomorbitale aufgeteilt.
Unterschiede zum Wasserstoffatom
Der Ausdruck für die potentielle Energie V in der Schrödingergleichung wird
komplizierter
- Eine größere Kernladungszahl Z impliziert eine stärkere Anziehungskraft
- Bei mehreren Elektronen muß ihre gegenseitige Abstoßung berücksichtigt werden
 Die Form der Orbitale bleibt annähernd gleich, aber ihre Energie wird größer
1. Regel:
In Mehrelektronensystemen gilt wegen der Einflüsse von Durchdringung und
Abschirmung für die Orbitale einer Schale gewöhnlich die energetische
Reihenfolge s < p < d < f
Energetische Reihenfolge der Schalen und
Unterschalen in einem Mehrelektronensystem
Das Auffüllen der Elektronenschalen in einem Atom im Grundzustand wird
im Wesentlichen durch zwei Regeln festgelegt:
1. Pauli-Prinzip
Zwei Elektronen eines Atoms können nie in allen vier (n, l, m, s) Quantenzahlen
übereinstimmen
 Orbitale können mit maximal 2 Elektronen mit entgegengesetzten Spin besetzt werden
2. Hundsche Regel
Enthält eine Unterschale mehr als ein Orbital, dann werden zunächst Elektronen
mit parallelem Spin auf die einzelnen Orbitale der Unterschale verteilt, bevor ein
Orbital mit zwei Elektronen gepaarten Spins besetzt wird.
Zweier-Periode
Achter-Periode
Für die Chemie sind nur die Valenzzustände (Außenelektronen) von Bedeutung,
da sie für die Chemische Verbindung wesentlich sind.
Von der Elektronenstruktur zum Periodensystem der Elemente
Elektronenkonfiguration der Valenzschalen der Elemente
Die chemischen Eigenschaften der Elemente ergeben sich aus der elektronischen
Struktur ihrer äußersten Elektronenschale
 Wenn man die Elemente nach ihrer Atommasse hintereinander und dabei
chemisch ähnliche Elemente untereinander anordnet, erhält man das
PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE
Das „Periodensystem“ als Königreich mit Regionen, Landschaften,
Regierung sowie innerer und äußerer Ordnung / Gesetzgebung
1. Die Geographie des Königreichs der Elemente
Das Königreich besteht aus 118 bekannten Regionen, die man Elemente nennt.
Sie bilden verschiedene Landschaften, darunter zwei Inseln (Wasserstoff und die
Südinsel der Lanthanide und Aktinide) und 4 Küstenregionen.
Landenge der Übergangsmetalle
Die „Westliche Wüste“ besteht zusammen mit den Regionen der Südinsel aus meist grauen,
metallisch glänzenden Regionen, die man „Metalle“ nennt. (92 von 118)
Halogenide F, Cl, Br, J, At
Die Halogenide bilden die bunteste Region des Königreichs. Es handelt sich um
gasförmige (Fluor, Chlor), feste (Jod, Astat) und flüssige (Brom) Stoffe.
In der Natur kommen sie oft assoziiert mit Alkalimetallen in Form ionischer Salze vor.
Chalkogene O, S, Se, Te, Po
Diese Regionen bilden, wenn sie mit anderen Regionen kooperieren, insbesondere
Minerale und Erze und sind somit für den Aufbau der Erdkruste (O 46%) verantwortlich
Die Regionen der Nordostküste: B, C, N, O, F, Ne
In diesem Küstengebiet und seinem südlichen Hinterland befinden sich einige der
biologisch wichtigen Regionen: Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff , Phosphor, Schwefel
S C H Ö P Fe N
Ostküste: Die „noblen“ Gase He, Ne, Ar, Kr, Xe, Ra
Die Edelgase sind extrem reaktionsträge, d.h. sie gehen (bis auf Ausnahmen) keine
Verbindungen mit sich selbst und anderen Elementen ein.
Januskopfartige Regionen: Halbmetalle
Die Halbmetalle sind Elemente und stehen im Periodensystem zwischen den Metallen
und den Nichtmetallen. Sie können von der elektrischen Leitfähigkeit und vom Aussehen
her weder den Metallen noch den Nichtmetallen zugeordnet werden. Alle Halbmetalle
sind Feststoffe bei Normalbedingungen.
Metalle, die in der Natur niemals gediegen vorkommen
Alkalimetalle und seltene Erden: extrem hohe Reaktivität!
Die Metalle der Landenge (Übergangsmetalle)
Die ersten Regionen, die von Menschen in der Landenge entdeckt wurden,
waren Kupfer und Zinn  Bronzezeit , dazu kam noch Gold und Silber  Münzmetalle
Die Entdeckung von Eisen leitete die  Eisenzeit ein. Durch die Erkundung der Regionen
um das Eisen herum wurde Titan, Vanadium und Molybdän entdeckt, wodurch die
Herstellung extrem widerstandsfähiger Stähle möglich wurde  Industrielle Zeitalter
Metalle der östlichen Savanne Al, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Ti, Pb, Bi, Po
Aluminium, Zinn und Blei sind extrem korrosionsbeständig gegenüber Wasser und
anderen Stoffen  chemische Totenstarre
Die Geographie des Königreichs der Elemente auf einen Blick
Nächstes Mal: Die Physische Geographie des Königreichs ...