Allgemeine Chemie
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Alt 03.06.2009, 22:30   #1   Druckbare Version zeigen
ansi-code Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 123
Frage Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Ich bin eingintlich nur ein Schüler in der 8. Klasse, und sollte eigentlich noch nichts von Orbitalmodell wissen, aber ja mehr ich eine Erklärung für die einfachsten Ausnahmen von den Gesetzen unseres Schulunterrichts suchte, desto mehr fand ich, dass um diesen banalen Schulstoff zu verstehen, man erst Quantenphysik studiert haben muss - ziemlich ärgerlich.
Inzwischen weiß ich zumindest was ein Orbital ist, ohne jede Hoffnung diese Wellenfunktionen zu verstehen.
Kann man das anwenden?
Ich habe zumindest verstanden, woran es liegt, dass sich die Elektronen bei Kovalenzbindungen "paaren" - manchmal verstehe ich nicht, wie die uns solche unbegründeten Scheinfakten auftischen können.
Ich musste aber nach anfänglichen Erfolgen feststellen, dass offenbar das Bisschen Orbitalmodell, das ich verstehe bei weitem nicht für meine Zwecke ausreicht. Ich wollte das nicht ins Physik-Chemie Forum stellen, da es sich nur um einfachste Bruchstücke der Physik handelt, und mehr um ihre Anwendung.

Erste Frage zu den Ionisierungsenergien der Orbitale:
Wieso wird das 4s Orbital vor dem 3d Orbital besetzt? Es(4s) ist doch größer, also müsste doch seine Ionisierungsenergie kleiner sein, und es müsste später besetzt werden, da das Atom die Elektronen möglichst fest ansich bindet.

Zwiete Frage zu "angeregten Zuständen":
Warum ist die Verbindung nicht stabil? Die 2 Elektronen im 2p Orbital können zusammen mit den 2 Elektronen der 2 Wasserstoffatome die beiden ersten Teile des 2p Orbitals doppelt besetzen, und die beiden verschiedenen Spinquantenzahlen annehmen! Warum geht stattdessen ein Elektron des 2s Orbitals in den driten Teil des 2p Orbitals und es binden sich 3 Elektronen von H-Atomen an die 3 halbbesetzten Teile des 2p Orbitals, und eines an das 2s Orbital? Kann man das für andere Verbindungen verallgemeinern?
Dasselbe bei Schwefel - das macht noch merkwürdigere Dinge - so wie S* und S**... Worauf kommt es an, welcher Zustand auftritt?

Ich hoffe dies kann mir jemand halbwegs verständlich erklären, bin auch sehr dankbar für Links. Sonst Danke im Voraus.
ansi-code ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.06.2009, 09:42   #2   Druckbare Version zeigen
Alchymist Männlich
Mitglied
Beiträge: 3.129
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Zitat:
Zitat von ansi-code Beitrag anzeigen
Ich bin eingintlich nur ein Schüler in der 8. Klasse, und sollte eigentlich noch nichts von Orbitalmodell wissen,
Es ist nie zu früh und selten zu spät... Ich finde es gut, dass du über den engen Horizont der Schule und seiner Leerkörper hinaus denkst.
Zitat:
Zitat von ansi-code Beitrag anzeigen
Inzwischen weiß ich zumindest was ein Orbital ist, ohne jede Hoffnung diese Wellenfunktionen zu verstehen.
Kann man das anwenden?
Mir fällt gerade nicht mehr ein wer den Satz gesagt hat: "Wer glaubt, die Quantenmachanik verstanden zu haben, hat die Quantenmechanik nicht verstanden"

Man kann QM natürlich anwenden, es gibt Gleichungen, die man berechnen kann. Und die Ergebnisse stimmen mit den experimentellen Beobachtungen sehr gut überein. Aber man kann es nicht mit "gesundem Menschenverstand" erfassen.

Literaturtip: Jim Al-Khalili: Quantum: Moderne Physik zum Staunen

Zitat:
Zitat von ansi-code Beitrag anzeigen
Erste Frage zu den Ionisierungsenergien der Orbitale:
Wieso wird das 4s Orbital vor dem 3d Orbital besetzt? Es(4s) ist doch größer, also müsste doch seine Ionisierungsenergie kleiner sein, und es müsste später besetzt werden, da das Atom die Elektronen möglichst fest ansich bindet.
Das ist keine Frage der Größe, was heißt hier Größe? Die d-Orbitale haben eine ganz andere Form als die s-Orbitale. Man kann das rechnen und kommt dann darauf, dass es eben so ist, wie es ist. Eine schönere Erklärung habe ich leider nicht.
Zitat:
Zitat von ansi-code Beitrag anzeigen
Zwiete Frage zu "angeregten Zuständen":
Warum ist die Verbindung nicht stabil?
Das kann man recht gut ohne Orbitaltheorie beantworten: weil CH2 zwei ungepaarte Elektronen hat und damit ein recht reaktionsfreudiges Diradikal ist.
__________________
Schöne Worte sind nicht wahr.
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(Laotse)
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Alt 04.06.2009, 10:49   #3   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Beiträge: 23.861
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Zitat:
Zitat von Alchymist Beitrag anzeigen
dass du über den engen Horizont der Schule und seiner Leerkörper hinaus denkst.
Manche Lehrer mögen Hohlköpfe sein, aber das zu verallgemeinern finde ich, als Vertreter dieser Zunft, sehr unfair !
__________________
"Old geochemists never die, they merely reach equilibrium." (Antonio C. Lasaga ?)
ricinus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.06.2009, 11:21   #4   Druckbare Version zeigen
Alchymist Männlich
Mitglied
Beiträge: 3.129
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Zitat:
Zitat von ricinus Beitrag anzeigen
Manche Lehrer mögen Hohlköpfe sein, aber das zu verallgemeinern finde ich, als Vertreter dieser Zunft, sehr unfair !
Entschuldigung, ich wollte keinem zu nahe treten und alle TeilnehmerInnen dieses erlauchten Forums sind natürlich ausgenommen.
Es ist leider (sowohl in meiner Erfahrung, als auch in der meiner Kinder) so, dass es einige gute Pädagogen an den Schulen gibt und einige Lehrer mit guten Fachkenntnissen. Die Schnittmenge allerdings ist erschreckend gering. Das gilt ganz besonders und vor allem für die Naturwissenschaften. An Hochschulen ist die Zahl derjenigen mit guten Fachkenntnissen deutlich höher, dafür die Zahl der guten Pädagogen gering - die Schnittmenge bleibt in der gleichen Größenordnung.
Was ich mit meiner flapsigen Bemerkung ausdrücken wollte, ist meine Hochachtung vor einem Schüler, der dem engen Rahmen der Schulchemie entflieht und die Faszination der Wissenschaft entdeckt, die in der Schule nur selten rüberkommt.
__________________
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(Laotse)
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Alt 04.06.2009, 12:59   #5   Druckbare Version zeigen
ansi-code Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 123
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Jetzt fehlt noch die "Anregung" beim Schwefel. S, S* und S** - wie, warum und wann kommen diese zu stande?
Sonst hab ich das jetzt verstanden.
Das Buch sieht auch nicht schlecht aus, ich überlege noch ob ich´s kaufen soll.
Vielen Dank für die Hilfe.
ansi-code ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.06.2009, 14:24   #6   Druckbare Version zeigen
Alchymist Männlich
Mitglied
Beiträge: 3.129
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Das Buch ist interessant, erklärt allerdings nicht speziell die Orbitaltheorie, sondern ist ein recht gut gemachter Streifzug durch die "Wunderwelt der Quanten". Leider ist es recht teuer.

Noch teurer (aber auch richtig gut) ist "Quanten" von Peter W. Atkins. Er erklärt in dem Buch die Konzepte der Quantenmechanik für Chemiker, ohne mathematische Formeln zu benutzen. Vieleicht kannst du es in einer Bibliothek leihen.

Was den Schwefel angeht: mit den Sternchen werden normalerweise angeregte Zustände beschrieben, in denen sich Elektronen in einem höheren Energiezustand als im Grundzustand befinden. Recht schön beschrieben sind verschiedene Zustände im Wikipedia- Artikel über Sauerstoff. Da wird allerdings zur Erklärung die MO-(Molekülorbital)Theorie benutzt. Auch beim Schwefel gibt es einen Triplett-Grundzustand und einen angeregten Singulett-Zustand.
__________________
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Alt 04.06.2009, 18:10   #7   Druckbare Version zeigen
miez Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.034
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Zitat:
Wieso wird das 4s Orbital vor dem 3d Orbital besetzt? Es(4s) ist doch größer, also müsste doch seine Ionisierungsenergie kleiner sein, und es müsste später besetzt werden, da das Atom die Elektronen möglichst fest ansich bindet.
Ihr Verständnisproblem ist nicht weiter verwunderlich.
Ihre Argumentation ist nämlich durchaus einsichtig. Die Hauptquantenzahl bestimmt grob die mittlere (bzw. die wahrscheinlichste) Entfernung vom Kern,
die Nebenquantenzahl in einem geringeren Ausmaß.

Wenn man in den meisten Büchern liest, dass das 4s Orbital vor dem 3 d Orbital besetzt wird, ist das genau die halbe Wahrheit.
Richtig ist, dass die Energien der 3d und 4s-Orbitale in etwa gleich sind und geringe Beiträge in den Elektron/Elektron-Wechselwirkungen darüber entscheiden, welches Orbital zuerst besetzt wird.

Für neutrale Atome und Anionen wird beobachtet: E(3d) > E(4s),
für Kationen und Metalle der Oxidationsstufe 0 in Verbindungen wird beobachtet: E(3d) < E(4s).

-> Fe-Atom: 4s2 3d6
-> Fe2+: 4s0 3d6

Es gibt also nicht nur ein 'Aufbauprinzip', sondern auch ein 'Abbauprinzip' mit der von Ihnen erwarteten Orbitalbesetzung.

Auch hier gibt's wieder Ausnahmen.

Das Problem auch bei scheinbar so einfachen Fragestellungen ist, das es eben nicht so einfach ist. Man kann nicht immer auf eine einfache Frage eine einfache Antwort/Begründung erwarten.
Gerade die allgemeine Chemie ist voll mit Widersprüchen wie das obige Beispiel, die ein 'Verständnis' sehr schwer machen.
miez ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.06.2009, 20:32   #8   Druckbare Version zeigen
ansi-code Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 123
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Mann ist das schlimm. Da gibt es also auch noch eine Molekülorbitaltheorie(Habe gerade versucht den Wikipedia-Artikel zu verstehen)... Wozu braucht man den die jetzt? Gehen Moleküle untereinander auch noch Bindungen ein? Bei einer Reaktion verschiedener Moleküle miteinander könnte man also nicht einfach alles auseinanderpflücken, und dann neu zusammensetzen?
Und dann gibt es auch noch dabei Ausnahmen...
Kann man das wirklich nicht ohne Formeln erklären? Sonst versuche ich sie nochmal zu verstehen, aber diese Operatoren, oder was weiß ich, sind schon etwas merkwürdig. Gibt es vielleicht dafür einen Link?

Nochmal zur Anregung(der Atome): Wodurch werden denn diese angeregt, bzw. abgeregt?
Wie kann man entscheiden welche Verbindung bei einer Reaktion mit Schwefel auftritt? Oder sind es dann alle, aber in welchem Verhältnis?
Wäre sehr dankbar, wenn mir das auch noch jemand erklären könnte. Und Sie brauchen mit wirklich nicht zu siezen.

Das Buch ist mit 80€ wirklich etwas teuer. Ich kann ja in der Bibliothek mal nachsehen... Oder mal bei e-bay schauen, ob es welche in gutem Zustand gibt. Bei den Programierbüchern hat das meißtens prima geklappt.
ansi-code ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.06.2009, 21:59   #9   Druckbare Version zeigen
ansi-code Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 123
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Und jetzt stellt sich mir noch eine Frage: Wie lässt sich orbitaltheoretisch eine Verbindung wie DiChlorMethan, also eine Verbindung aus 2 Chloratomen mit 2 H-Atomen? Das Strukturformelbild bei Wikipedia sieht ja sehr merkwürdig aus...Wikipedia reference-linkDichlormethan
Ich habe mal versucht die Orbitale auf Papier aufzumalen, aber ich konnte es mir nicht erklären - es müsste doch der einfache Chlorwasserstoff sein! Da schaute ich wieder bei Wikipedia nachWikipedia reference-linkChlorwasserstoff, und mir fiel wieder etwas merkwürdiges auf: Die Strukturformel - was soll der eine kleinere senkrechte Strich ganz rechts bedeuten? Es müssten doch am Ende 6 Elektronen zu Cl gehören, und 2 zu beiden, also was bedeutet das?
ansi-code ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.06.2009, 22:07   #10   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Beiträge: 23.861
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Jeder Strich in dem Formelbild steht für ein Elektronenpaar. Chlor hat insgesamt 7 Aussenelektronen (steht ja auch in der 7. Hauptgruppe des PSE) : 3 Striche (3*2=6), die die nichtbindenden Paare darstellen, und von dem Strich zwischen H und Cl, der die Bindung darstellt, nochmal die Hälfte (also 1 Elektron).

lg
__________________
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ricinus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.06.2009, 22:38   #11   Druckbare Version zeigen
ansi-code Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 123
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Haben Sie sich das Bild angeschaut? Da ist ganz rechts noch ein Strich! Vielleicht ein Fehler im Wikipedia-Artikel...
Wie gesagt, wie entsteht dann DiChlormethan?
Und ich habe ausßerdem gerade noch die Hybridorbitale entdeckt. In welchen Fällen verhalten sich die Orbiale so? Wie viele sp Orbitale gibt es zum Beispiel? Im Wikipediaartikel ist einmal von 3 und dann von 2 die Rede.
ansi-code ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.06.2009, 08:43   #12   Druckbare Version zeigen
Alchymist Männlich
Mitglied
Beiträge: 3.129
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Also Dichlormethan hat die Formel CH2Cl2, also keinerlei Hexerei, der Kohlenstoff hat 4 Bindungen, wie sich das gehört. Zur Hybridisierung gibt es für den Kohlenstoff genau 3 Möglichkeiten:
sp3: vier gleichwertige Bindungen, die sich in die Ecken eines Tetraeders erstrecken
sp2: 3 Bindungen in einer Ebene und senkrecht dazu ein p-Orbital, tritt auf bei Doppelbindungen, z.B. Ethen H2C=CH2. Von der Doppelbindung ist eine die sigma-Bindung aus den Hybridorbitalen, die zweite eine pi-Bindung aus den p-Orbitalen.
sp: zwei Hydidorbite und zwei p-Orbitale - gibt Dreifachbindung, z.B. Ethin.
Der Wikipedia-Artikel zum Thema ist nicht so instruktiv, besser mal hier schauen.
__________________
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(Laotse)
Alchymist ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.06.2009, 10:30   #13   Druckbare Version zeigen
miez Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.034
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Zitat:
Warum ist die Verbindung nicht stabil? Die 2 Elektronen im 2p Orbital können zusammen mit den 2 Elektronen der 2 Wasserstoffatome die beiden ersten Teile des 2p Orbitals doppelt besetzen, und die beiden verschiedenen Spinquantenzahlen annehmen! Warum geht stattdessen ein Elektron des 2s Orbitals in den dritten Teil des 2p Orbitals und es binden sich 3 Elektronen von H-Atomen an die 3 halbbesetzten Teile des 2p Orbitals, und eines an das 2s Orbital?
Sie haben natürlich Recht, in dem Modell der 'Kästchenschreibweise' ist der Kohlenstoff 2bindig, das ist ganz klar. Diese Vorstellung gibt aber nicht die Realität nicht korrekt wieder - so einfach ist das.

Vielleicht als Hilfe zum 'Verständnis':
Für das C-Atom gilt die Konfiguration 2 s2 2p2,
für C in Verbindungen gilt aber die Konfiguration 2 s1 2 p3 -> das muss so sein, sonst wäre Kohlenstoff nicht wie erwartet 4bindig. Für C in Verbindungen wurde deshalb auch das Konzept der 'Hybridisierung' erfunden.
miez ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 05.06.2009, 11:00   #14   Druckbare Version zeigen
cleric weiblich 
Mitglied
Beiträge: 132
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Zum Dichlormethan:

Da, wo sich die 4 Striche kreuzen,
ist ein Kohlenstoffatom.
Es sind also nicht nur 2 Chloratome und 2 Wasserstoffatome, sondern auch noch ein Kohlenstoffatom, an dem die 4 Atome gebunden sind.

In der organischen Chemie kommen so viele Kohlenstoffatome und Wasserstoffatome vor,
dass man die weglässt und stattdessen in Zickzack schreibt, an jeder Zickzack-Ecke ist dann ein Kohlenstoffatom mit soviel Wasserstoff dran, dass der Kohlenstoff 4 Bindungen hat.
Im Dichlormethan ist halt nur eine "Zickzack-Ecke", also nur ein Kohlenstoff.
Wird aber in jedem Chemiebuch nochmal besser erklärt.


Zum Chlorwasserstoff:
Der zweite Strich am Chlor ist das l von der Abkürzung Cl für Chlor
cleric ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.06.2009, 11:03   #15   Druckbare Version zeigen
DaTei Männlich
Mitglied
Beiträge: 995
AW: Verständnisproblem Orbitalmodell-Anwendung

Zitat:
Zitat von ansi-code Beitrag anzeigen
Haben Sie sich das Bild angeschaut? Da ist ganz rechts noch ein Strich! Vielleicht ein Fehler im Wikipedia-Artikel...
Da liegt keineswegs ein Fehler im Artikel vor. Das was unvermeidbar wie ein nichtbindendes Elektronenpaar ausschaut ist ein "l", da das Elementsymbol von Chlor mit "Cl" angegeben wird.
__________________
Der Beginn aller Wissenschaften ist das Staunen, dass die Dinge so sind, wie sie sind. Aristoteles
DaTei ist offline   Mit Zitat antworten
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