Wie viele Orbitale im Atom/ Elektronen im Orbital?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen,

sind gerade an einer Ausarbeitung des Orbitalmodells für den Physikunterricht. Leider finden wir nur sehr kompliziert formulierte Texte zu diesem Thema (was wohl daran liegt, dass es ein sehr kompliziertes Thema ist :smiley:).

Weiß jemand, wie viele Orbitale (im Verhältnis zu den Elektronen) ein Atom besitzt?

Danke im Voraus!:smile:

#2

Das kommt auf das Atom an
… aber in einem ausführlichen PSE (Periodensystem der Element) steht das mit drauf.

Gruß

Stefan

#3

Moin, Moin

Weiß jemand, wie viele Orbitale (im Verhältnis zu den
Elektronen) ein Atom besitzt?

Unendlich viele. Aber nicht alle sind mit Elektronen besetzt. Im Grundzustand sind die Orbitale mit den niedrigsten Energien nach bestimmten Regeln (Hundt und Pauli) aufgefüllt.

Schau dir mal die beiden Links an, ich hoffe die helfen.

http://www.abiwillich.de/index.php/Orbitalmodell
http://www.ltam.lu/chimie/Omkapitel.html

#4

Wir bauen ein Atom
Hossa :smile:

In einem Atom hat jedes Elektron 4 Quantenzahlen:

  1. die Hauptquantenzahl n
  2. die Drehimpulsquantenzahl l
  3. die magnetische Quantenzahl ml
  4. die Spin-Quantenzahl ms

Die Hauptquantenzahl n bezeichnet die mittlere Bindungsenergie eines Elektrons an den Kern. Man spricht im Bohr’schen Atommodell von der „Schale“, auf der sich das Elektron befindet. n wird beginnend mit 1 nummeriert:

n=1,2,3,4,\ldots

Die Bindungsenergie nimmt mit dem Quadrat der Hauptquantenzahl n ab, es gilt: E~1/n². Die Schalen werden manchmal mit Großbuchstaben versehen, beginnend mit K (Kern-Schale): K (n=1), L (n=2), M (n=3), N (n=4)…

Die Drehimpulsquantenzahl l bezeichnet die Form der Orbitale („Unterschalen“). Sie wird beginnend mit l=0 bis zu n-1 nummeriert:

l=0,1,2,\ldots,n-1

Wenn Elektronen aus angeregten Zuständen in ihr Orbital zurückfallen, senden sie elektromagnetische Strahlung aus. Die dabei entstehenden Spektrallinien haben den Orbitalen ihre Namen gegeben: s harp(l=0), p rincipal(l=1), d iffuse(l=2), f undamental(l=3). Ab l=4 gehts einfach alphabetisch weiter.

Für die Hauptquantenzahl n=1 gibt es also nur s-Orbitale (l=0). Die Elektronen, die darin „wohnen“, nennt man daher 1s-Elektronen. Für n=2 gibt es s-Orbitale (l=0) und p-Orbitale (l=1). Die Elektronen darin heißen entsprechend 2s- bzw. 2p-Elektronen. Für n=3 kommen noch d-Orbitale (l=2) dazu, so dass es 3s-, 3p- und 3d-Elektronen gibt…

Die magnetische Quantenzahl ml bezeichnet die mögliche Ausrichtung der Orbitale im Atom. Für den Orbitaltyp l kann sie die Werte von -l bis +l annehmen:

m_l=-l,-l+1,…,l-1,l

Für ein s-Orbital (l=0) gibt es also nur eine mögliche Orientierung (ml=0). Für ein p-Orbital (l=1) schon 3 mögliche Orientierungen (ml=-1,0,+1). Für ein d-Orbital gibt es 5 Orientierungen (ml=-2,-1,0,+1,+2). Man könnte auch einfach sagen, es gibt immer ein s-Orbital, drei p-Orbitale, fünf d-Orbitale, sieben f-Orbitale…

Die Spin-Quantenzahl ms schließlich beschreibt den Spin des Elektrons. Man kann sich den Spin etwa wie die Rotation des Elektrons um seine eigene Achse vorstellen, obwohl diese Vorstellung nur eine grobe Hilfe ist. Der Spin ist ein rein quantenmechanischer Effekt, der keine klassische Erklärung besitzt. Ein Elektron kann links- oder rechtsherum rotieren. Entsprechend gibt es für die Spin-Quantenzahl genau 2 mögliche Werte:

m_s=-\frac{1}{2},\lor,+\frac{1}{2}

Es gibt im gesamten Atom keine 2 Elektronen, die in allen 4 Quantenzahlen übereinstimmen! (Pauli-Prinzip)

Weiß jemand, wie viele Orbitale (im Verhältnis zu den
Elektronen) ein Atom besitzt?

Diese Frage lässt sich nun beantworten, indem wir uns die einzelnen Orbitaltypen genauer ansehen:

s-Orbitale (l=0, ml=0):

In jeder Schale gibt es ein s-Orbital. Darauf passen maximal 2 Elektronen, eins mit ms=-1/2 und eins mit ms=+1/2. Also gibt es in jeder Schale maximal 2 s-Elektronen.

p-Orbitale (l=1, ml=-1,0,+1):

In jeder Schale mit n>1 gibt es 3 p-Orbitale. In jedes passen wiederum 2 Elektronen. Also gibt es in jeder Schale mit n>1 maximal 6 p-Elektronen.

d-Orbitale (l=2, ml=-2,-1,0,+1,+2):

In jeder Schale mit n>2 gibt es 5 d-Orbitale. In jedes passen wiederum 2 Elektronen. Also gibt es in jeder Schale mit n>2 maximal 10 d-Elektronen.

f-Orbitale (l=3, ml=-3,-2,-1,0,+1,+2,+3):

In jeder Schale mit n>3 gibt es 7 f-Orbitale. In jedes passen wiederum 2 Elektronen. Also gibt es in jeder Schale mit n>3 maximal 14 f-Elektronen.

Das führt zu folgender Maximalanzahl von Elektronen pro Schale:

Schale s-Elektronen p-Elektronen d-Elektronen f-Elektronen Summe
 n=1 2 2
 n=2 2 6 8
 n=3 2 6 10 18
 n=4 2 6 10 14 32

Allgemein gilt, dass die n-te Schale maximal 2n² Elektronen tragen kann. Dummerweise werden die großen Schalen nicht immer voll besetzt. Die 4s-Orbitale z.B. werden vor den 3d-Orbitalen mit Elektronen besetzt. Aber das ist ein anderes Thema.

Viele Grüße

Hasenfuß

#5

Neue FAQ
Moin Hasenfuß,

ich war so frei, Deinen Artikel als FAQ zu speichern (im Brett Chemie).
FAQ:3388
Wenn Du das nicht möchtest, wird natürlich sofort gelöscht.

Gandalf

1 Like
#6

OT: Kein Problem, freut und ehrt mich :smile:
OT = Ohne Text