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KME A.Wyss, W. Summermatte r, Ch. Schaumann, M. Webe r, A. Dinter
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Das Orbitalmodell
• Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen in der Atomhülle
• Moleküle werden erklärbar
• Verhalten von Stoffen aufgrund der Strukturen wird erklärbarWarum ist Diamant (C) so hart? Warum ist Graphit (C) so weich?Warum ist CO2 ein Gas?
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• Bohr: Verhalten von Elektronen
Elektron besitzt MasseElektron besitzt LadungElektron kann durch Stoss aus der Atomhülle entfernt werden
• Orbitalmodell: Verhalten von ElektronenDoppelspaltexperimentElektronenstrahl wird am Spalt gebeugtInterferenzmusterElektronen sind auch Wellen
Welle Teilchen Dualismus
Wellenfunktion
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• Elektronen mathematisch als 3dimensionale stehende Welle um den Atomkern beschrieben
• Lösung der SchrödingergleichungEnergie des ElektronsRaumkoordinaten
Wellenfunktion
Begreifbares
Modell des Atoms
Lösungen der Mathematik
Mathematisches Modell
Wellenfunktion
Physikalische Messungen
Chemische Relevanz
Schule
Quantenmechanik
// ?
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• Heisenbergs Unschärferelation
• Orbitale
• Einelektronensysteme
• Mehrelektronensysteme
• Orbitalformen
• Pauli Prinzip
• Hund`sche Regel
• Energieprinzip
• Orbitalbesetzungsschema
• Elektronenkonfiguration
• Hybridisierung
Orbitalmodell: Überblick
Orbital = Aufenthaltswahrscheinichkeit
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5
Orbitalformen
s-Orbital
z
y
x
px-Orbital
z
y
x
z
y
x
z
y
x
py-Orbital pz-Orbital
3 F o r m e n
d-Orbitale (eins von 5)
z
y
x
f-Orbitale: 7 Formen
hier ohne Zeichnung
• Es gibt keine 2 identischen Elektronen im Atom
• Energie
• Ort
• Spin
• Wie viele Elektronen passen maximal in ein Orbital?
Tabelle Maximale Besetzung pro Orbitaltyp
Pauliprinzip
Hund`sche Regel
• erst einfach besetzen mit gleichem Spin
• dann doppelt besetzen (mit entgegengesetztem Spin)
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Energieprinzip
Energie
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1s
2s
2p
3s
3p
4s
3d
Diskrepanz zum Bohr Modell
Orbitalbesetzungsschema
Orbitalform
↓
Periode →
7s 7p 7d 7f
6s 6p 6d 6f
5s 5p 5d 5f
4s 4p 4d 4f
3s 3p 3d
2s 2p
1s
88
56 86 122
38 54 80 102
20 36 48 70
12 18 30
4 10
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Kohlenstoff
3D
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1s
2s
2p
ElektronenkonfigurationsschreibweiseKästchenschema
2D
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1s22s2p2
Aufteilung der energiereichsten Orbitale im PSE
S P
d
f
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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
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2s
2p
Kohlenstoff Valenzelektronen
Energie
sp3-Hybridorbitale: 4 Stück
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1 s-Orbital + 3 p-Orbitale = 4 sp3-Hybridorbitale
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Hybridisierung = energetische Gleichmacherei der Valenzelektronen
Konsequenzen
• nicht CH2 Molekül sondern CH4
• Luftballonmodell = TetraederC
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