Das Orbitalmodell
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Logo EMK etrmSua.W,syA ebWM.,nmauhScrC rA,etniD. Das Orbitalmodell • Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen in der Atomhülle • Moleküle werden erklärbar • Verhalten von Stoffen aufgrund der Strukturen wird erklärbar Warum ist Diamant (C) so hart? Warum ist Graphit (C) so weich? Warum ist CO2 ein Gas? 1 Welle Teilchen Dualismus • Bohr: Verhalten von Elektronen Elektron besitzt Masse Elektron besitzt Ladung Elektron kann durch Stoss aus der Atomhülle entfernt werden • Orbitalmodell: Verhalten von Elektronen Doppelspaltexperiment Elektronenstrahl wird am Spalt gebeugt Interferenzmuster Elektronen sind auch Wellen Wellenfunktion 2 Wellenfunktion • Elektronen mathematisch als 3dimensionale stehende Welle um den Atomkern beschrieben • Lösung der Schrödingergleichung Energie des Elektrons Raumkoordinaten Chemische Relevanz Begreifbares Schule Modell des Atoms Lösungen der Mathematik // ? Mathematisches Modell Wellenfunktion Physikalische Messungen Quantenmechanik 3 Orbitalmodell: Überblick • • • • • • • • • • • Heisenbergs Unschärferelation Orbitale Einelektronensysteme Mehrelektronensysteme Orbitalformen Pauli Prinzip Hund`sche Regel Energieprinzip Orbitalbesetzungsschema Elektronenkonfiguration Hybridisierung Orbital = Aufenthaltswahrscheinichkeit 4 Orbitalformen z z y z z y x x px-Orbital s-Orbital y y x py-Orbital x pz-Orbital 3 Formen z y x f-Orbitale: 7 Formen hier ohne Zeichnung d-Orbitale (eins von 5) Pauliprinzip • • • • • Es gibt keine 2 identischen Elektronen im Atom Energie Ort Spin Wie viele Elektronen passen maximal in ein Orbital? Tabelle Maximale Besetzung pro Orbitaltyp Hund`sche Regel • • erst einfach besetzen mit gleichem Spin dann doppelt besetzen (mit entgegengesetztem Spin) 5 Energieprinzip Energie Diskrepanz zum Bohr Modell ↑↓ ↑ ↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 3s ↑↓ ↑↓ 3d 4s 3p 2p 2s 1s Orbitalbesetzungsschema Orbitalform ↓ 7s 88 7p 6s 56 6p 86 6d 122 6f 5s 38 5p 54 5d 80 5f 102 Periode → 4s 20 4p 36 4d 48 4f 70 3s 12 3p 18 3d 30 2s 4 2p 7d 7f 10 2 1s 6 Kohlenstoff ↑ ↑↓ ↑ ↑↓ 3D 2D ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ 1s22s2p2 2p 2s 1s Kästchenschema Elektronenkonfigurationsschreibweise Aufteilung der energiereichsten Orbitale im PSE P S d f 7 Hybridisierung = energetische Gleichmacherei der Valenzelektronen Ausgangsproblem: Nach Theorie: • CH2 Molekül sollte existieren • Winkel zwischen den H-Atomen 90 ° • beides trifft nicht zu Orbitalmodell ungeeignet? Hybridisierung = energetische Gleichmacherei der Valenzelektronen Energie ↑ ↑↓ ↑ 2p ↑ ↑ ↑ ↑ sp3-Hybridorbitale: 4 Stück 2s Kohlenstoff Valenzelektronen 1 s-Orbital + 3 p-Orbitale = 4 sp3-Hybridorbitale 8 Hybridisierung = energetische Gleichmacherei der Valenzelektronen Konsequenzen • nicht CH2 Molekül sondern CH4 • Luftballonmodell = Tetraeder C 9 Logo KME etrmSua.W,syA ebWM.,nmauhScrC rA,etniD. 10
