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Alt 29.06.2007, 16:28   #1   Druckbare Version zeigen
TopperHarley Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 66
Überlegungen zum Orbitalmodell

Hi,
Hab die letzten Tage versucht mir das Bohrsche/Orbital Atommodell begreiflich zu machen inklusive seiner Bedeutung für das Periodensystem (also warum die dritte Schale nicht zuerst vollgemacht wird bei den Übergangselementen etc.)

Also hiermal meine Überlegungen und Fragen, wenn etwas falsch ist bitte korrigieren..


Bohr hat sich überlegt dass die Atomhülle aus mehreren Schalen besteht. Innerhalb dieser Schalen dürfen sich eine bestimmte Anzahl an z Elektronen aufhalten. z=2xn²
Die Anzahl n der Schalen wird auch Hauptquantenzahl genannt. Sie gibt an wieweit das Elektron vom Kern entfernt ist und infolgedessen auch das Energieniveau des Elektrons. (Je weiter weg vom kern desto höher das E-niveau)
innerhalb dieser Schalen kreisen die Elektronen auf ganz bestimmten Bahnen.
Und zwar:
s-
p-
d-
f-bahnen

Die s-Bahn ist die energetisch niedriegste, die f-bahn die höchste.
Der Zustand der Elektronen wird noch weiter definiert:

Nebenquantenzahl definiert die Umlaufbahn genauer, sie beschreibt en Drehimpuls. (bitte erklären)

Magnetquantenzahl - Verhalten im magnetischen Feld?? KEINE Ahnung

Spinquantenzahl gibt an ob sich das e links oder rechts rum dreht.

Innerhalb eines Atoms darf kein Elektron in allen vier Quantenzahlen dieselben Werte haben. (Pauli prinzip)
Alle Elektronen haben immer das Bedürnis den energieärmsten Zustand einzunehmen. (energieprinzip)


Also Denkanstoss für das Bohrsche Atommodell ist das Experiment mit dem Spektrometer und Plancks Quantentheorie.
Wenn man einem Wasserstoffatom Energie zuführt nimmt das Elektron des Wasserstoff diese auf und entfernt sich von seiner Atomkern-nahen Umlaufbahn.
Wenn dass Elektron dann zum Atomkern zurückkehrt gibt es die aufgenommene Energie in Form von Licht ganz bestimmter Wellenlänge (Quanten) wieder ab.

Dies ist erkennbar an dem für Wasserstoff typischen Linienspektrum.
Hierbei steht jede Linie für die Energieniveaux(Schale) die das Elektron eingenommen hat.

An der Stelle mal eine Frage: Das Linienspektrum(inkl. Elektronenübergänge) welches ich vorliegen habe setzt n (Schalen) an einem gewissen Punkt gleich unendlich. Also demnach gibt es unendlich viele Schalen.
Das würde heissen dass auch das Linienspektrum unendlich ist(mal abgesehen von sichtbaren/unsichtbaren Linien), es also unendlich viele Energiezustände/Elektronenübergänge für das Elektron gibt
Korrekt?
Andererseits kann es doch nicht unendlich viele Schalen geben, der Atomradius ist doch begrenzt? Und je weiter sich das Elektron entfernt...irgendwann verlässt es doch die Anziehungskraft vom Kern?



So das Orbitalmodell wurde dann entwickelt aufgrund von Heisenbergs Unschärferelation/Welle-Teilchen dualismus:
Demnach kann man die genaue Position und den Impuls eines Elektrons entgegen Bohrs Atommodell nicht vorhersagen, da jede messung einen Eingriff darstellt der die beiden Werte verändert.

Schrödinger hat eine Gleichung aufgestellt, und die graphischen Lösungen dieser Gleichung sind die verschiedenen Orbitale.

Ein Orbital kann max. 2 Elektronen "aufnehmem".

Hier habe ich eine Frage:
Ein s-orbital kann also max. 2e aufnehmen, das kann man auch anhand der Elektronenkoniguration im Periodensystem beobachten.
Aber ein p-orbital kann nach dem PSE bis zu 6 Elektronen aufnehmen. Wie ist das möglich?
Man sieht auch bei diesen kästchenmodellen bei dem p-orbital drei Kästchen, wobei ein Kästchen ein orbital ist.

Oder ist das so gemeint dass wenn im PSE steht p^6
Dass man dann 6 durch 2 teilt und dann davon ausgeht dass 3 p-orbitale vorliegen?

Muss ich mir die Atomhülle so vorstellen dass da jede Menge verschiedene Orbitale rumschwirren??
Das finde ich bisher noch sehr verwirrend.

Wäre dankbar für eine begreifliche Erklärung.
TopperHarley ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 29.06.2007, 17:40   #2   Druckbare Version zeigen
NilsM Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.285
AW: Überlegungen zum Orbitalmodell

Zitat:
Nebenquantenzahl definiert die Umlaufbahn genauer, sie beschreibt en Drehimpuls. (bitte erklären)

Magnetquantenzahl - Verhalten im magnetischen Feld?? KEINE Ahnung

Spinquantenzahl gibt an ob sich das e links oder rechts rum dreht.
Mal ganz einfach gesagt, definiert die Nebenquantenzahl l die "Form" des Orbitals, also s-Orbital = Kugelförmig, p-Orbital = hantelförmig, etc.
Die Magnetquantenzahl gibt an, wie z.B. die 3 energiegleichen p-Orbitale sich verändern, wenn man ein Magnetfeld anlegt.
Die Spinquantenzahl gibt den Spin des Elektrons, an. Es gibt keine klassische Übersetzung zur Spinquantenzahl - das Elektron dreht sich nicht nach links oder rechts - das zu verstehen ist ziemlich kompliziert.
Zitat:
Alle Elektronen haben immer das Bedürnis den energieärmsten Zustand einzunehmen. (energieprinzip)
Sagen wir so, man kann Elektronen anregen und abregen - Aussagen wie "immer den energieärmsten Zustand einnehmen" sind immer problematisch - der Energieärmste Zustand wäre sicherlich gar keine Ladungstrennung, aber dann gäbe es kein Atom mehr
Zitat:
n der Stelle mal eine Frage: Das Linienspektrum(inkl. Elektronenübergänge) welches ich vorliegen habe setzt n (Schalen) an einem gewissen Punkt gleich unendlich. Also demnach gibt es unendlich viele Schalen.
Das würde heissen dass auch das Linienspektrum unendlich ist(mal abgesehen von sichtbaren/unsichtbaren Linien), es also unendlich viele Energiezustände/Elektronenübergänge für das Elektron gibt
Korrekt?
Andererseits kann es doch nicht unendlich viele Schalen geben, der Atomradius ist doch begrenzt? Und je weiter sich das Elektron entfernt...irgendwann verlässt es doch die Anziehungskraft vom Kern?
Exakt - Stichwort Ionisierungsenergie
Zitat:
Demnach kann man die genaue Position und den Impuls eines Elektrons entgegen Bohrs Atommodell nicht vorhersagen, da jede messung einen Eingriff darstellt der die beiden Werte verändert.
Man kann Ort und Impuls eines Elektrons nicht genau ermitteltn. Das hängt nicht unbedingt mit der Messung zusammen, sondern eher mit dem mathematischen Ansatz der Wellenfunktion.
Das Elektron wird durch deine Wellenfunktion {\Psi} beschrieben , ähnlich wie eine Wasserwelle.
Die sagt erstmal nix aus. Das Quadrat der Wellenfunktion gibt nach der Born-Interpretation die Wahrscheinlichkeit an das Elektron am Ort x zu finden. Man muss also die Wellenfunktion so "ummodeln" das man ein scharfes Maximum bekommt - das geht nur durch Überlagerung von vielen Wellenfunktion, die alle dasselbe Elektron beschreiben. Durch diese vielfache Überlagerung kristallisiert sich ein scharfes Maximum heraus, nur man verliert die scharfe Angabe des Impulses, der für jede einzelne der vielen Wellenfunktion unterschiedlich ist. Klingt kompliziert - ist es auch
Zitat:
Ein s-orbital kann also max. 2e aufnehmen, das kann man auch anhand der Elektronenkoniguration im Periodensystem beobachten.
Aber ein p-orbital kann nach dem PSE bis zu 6 Elektronen aufnehmen. Wie ist das möglich?
Man sieht auch bei diesen kästchenmodellen bei dem p-orbital drei Kästchen, wobei ein Kästchen ein orbital ist.

Oder ist das so gemeint dass wenn im PSE steht p^6
Dass man dann 6 durch 2 teilt und dann davon ausgeht dass 3 p-orbitale vorliegen?

Muss ich mir die Atomhülle so vorstellen dass da jede Menge verschiedene Orbitale rumschwirren??
Das finde ich bisher noch sehr verwirrend.

Wäre dankbar für eine begreifliche Erklärung.
Es gibt 3 p-Orbitale - eines in x-Richtung, eines in y-Richtung und eines in z-Richtung - deshalb sagt man auch gerne px, py, pz-Orbitale. In jedes "passen" 2 Elektronen = 6.

Etwas allgemeiner: Orbitale schwirren nicht herum und sind auch keine Luftballons in die Elektronen reinpassen - das wird einem in der Schule (und der Organischen Chemie *gg*) gerne so vermittelt. Das was du unter "Orbitalen" kennst, sind diese veschiedenen Formen, Kugelförmig bei s-Orbitalen, Hantelförmig bei p-Orbitalen - das sind nur die Räume in den sich das Elektron mit einer hohen Wahrscheinlich (>90%) aufhält. Das Orbital an sich ist die Wellenfunktion eines Elektrons, die aber keine direkte Aussage erlaubt.

Das Thema ist wie du merkst, ziemlich kompliziert und eigentlich wird es erst richtig verständlich, wenn man die Mathematik dahinter versteht.
NilsM ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 29.06.2007, 17:52   #3   Druckbare Version zeigen
N00b Männlich
Mitglied
Beiträge: 504
AW: Überlegungen zum Orbitalmodell

Ich werde mal sehen was ich helfen kann, beschränke mich aber jetzt mal auf den zweiten Teil, ab dem Orbitalmodell.

Zitat:
Demnach kann man die genaue Position und den Impuls eines Elektrons entgegen Bohrs Atommodell nicht vorhersagen, da jede messung einen Eingriff darstellt der die beiden Werte verändert.
Wichtig ist, dass man beides nicht gleichzeitig exakt vorhersagen/messen kann. Man kann eine der Größen mit beliebiger Genauigkeit angeben, womit aber die Information über die zweite praktisch völlig verloren geht.

Zitat:
Schrödinger hat eine Gleichung aufgestellt, und die graphischen Lösungen dieser Gleichung sind die verschiedenen Orbitale.
Ich versuche das mal andersrum zu erklären. Es gibt mathematische Lösungen für die (stationäre)Schrödingergleichung eines Einelektronensystems. Diese Lösungen(genauer: deren Quadrat) werden als Aufenthaltswahrscheinlichkeitsfunktionen gedeutet d.h. sie geben in dem konkreten Fall an, mit welcher Wahrscheinlichkeit man das Elektron am Ort x um den Kern antrifft.

...zu langsam gewesen
N00b ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 30.06.2007, 14:35   #4   Druckbare Version zeigen
TopperHarley Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 66
AW: Überlegungen zum Orbitalmodell

Zitat:
Zitat von NilsM Beitrag anzeigen
Es gibt 3 p-Orbitale - eines in x-Richtung, eines in y-Richtung und eines in z-Richtung - deshalb sagt man auch gerne px, py, pz-Orbitale. In jedes "passen" 2 Elektronen = 6.
Und warum treten die immer zu dritt auf? Und wenn vom p-orbital die rede ist meint man eigentlich die drei vers. x,y,z p-orbitale?

Und nochmal zur Atomvorstellung, wenn ich mir dieses Bild anschaue:
http://www2.wwnorton.com/college/chemistry/chemconnections/Stars/pages/orbitals.html

Ich persönlich sehe da für jedes Orbital ein Element, wo der Atomkern in der "Mitte" dieser Gebilde sitzt. Aber das ist doch eigentlich nicht möglich.

Bsw. das Element Argon verfügt über 3 s orbitale, 6 p-orbitale.

Wie soll man sich sowas denn visuell vorstellen?

Oh und danke für die bisherigen Antworten.

Geändert von TopperHarley (30.06.2007 um 14:58 Uhr)
TopperHarley ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 30.06.2007, 16:44   #5   Druckbare Version zeigen
TopperHarley Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 66
AW: Überlegungen zum Orbitalmodell

Nunja es ist nicht möglich ist falsch formuliert, aber ich habe Schwierigkeiten diese Abbildungen in Einklang zu bringen mit den Elektronenkonfigurationen.

Wenn ich mir das nochmal am beispiel vom Argon erkläre:
18 Elektronen, verteilen sich folgendermassen auf die genannten orbitale:

1s² 2s² 2p^6 3s² 3px² 3py² 3pz²

Daraus folgere ich: das Atom verfügt über insgesamt 9 orbitale wovon jedes Orbital voll besetzt ist.

Visuell stelle ich mir das dann so vor:
Das erste Orbital 1s² befindet sich mit der Hauptquantenzahl 1 am nähesten am Atomkern und ist am enrgieärmsten.

Das folgende Orbital 2s² ist aufgrund der Hauptquantenzahl 2 "doppelt" so weit entfernt vom kern wie das erste Orbital.

usw.

Im Prinzip habe ich da irgendwie das Bohrsche Atommodell vor Augen wobei ich einfach die Elektronen durch die Orbitale ausgetauscht habe.

Wenn ich mir die Gebilde auf dem Bild anschaue kann ich dies kein Stück wiedererkennen.
TopperHarley ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 03.07.2007, 19:30   #6   Druckbare Version zeigen
TopperHarley Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 66
AW: Überlegungen zum Orbitalmodell

Ola, darf ich in der Sache nocheinmal nachhaken?
Gerade die letzte Frage ist mit sehr wichtig.
TopperHarley ist offline   Mit Zitat antworten
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