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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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3

• 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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6

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

2

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7

Kohlenstoff

3D

↑↑↑↑↓↓↓↓

↑↑↑↑↓↓↓↓

↑↑↑↑ ↑↑↑↑

1s

2s

2p

ElektronenkonfigurationsschreibweiseKästchenschema

2D

↑↑↑↑

↑↑↑↑

↑↑↑↑↓↓↓↓

↑↑↑↑↓↓↓↓

1s22s2p2

Aufteilung der energiereichsten Orbitale im PSE

S P

d

f

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8

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

↑↑↑↑ ↓↓↓↓

↑↑↑↑↑↑↑↑

2s

2p

Kohlenstoff Valenzelektronen

Energie

sp3-Hybridorbitale: 4 Stück

↑↑↑↑ ↑↑↑↑ ↑↑↑↑ ↑↑↑↑

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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