Orbitale

Darstellung der Aufenthaltswahrscheinlichkeits- dichte der ersten (2 Elektronen) und zweiten (8 Elektronen),[1]

Wie in der Unschärferelationstheorie von Werner Heisenberg (Das unfassbare Elektron) beschrieben, ist der genaue Aufenthaltsort eines Elektrons nicht genau bestimmbar. Im späteren Verlauf des Chemieunterrichtes von Herrn Deuber, erlangte man zur Erkenntnis, dass Elektronen nicht nur als Teilchen sondern auch als stehende Welle beschrieben werden können (Wellen-Teilchen-Dualismus). Deswegen kann man mit Hilfe der Schrödingergleichung, die Wahrscheinlichkeit ein Elektron im Raum anzutreffen, berechnen. Durch diese Wahrscheinlichkeit kann jedem Elektron ein Raum definiert werden, indem es sich aufhält. Genau diese Räume nennt man Orbitale.

Quantenzahlen

Orbitale werden nach den folgenden Quantenzahlen zugeordnet:

Hauptquantenzahl n

Sind gleich zu verstehen wie die "Schalen" im Bohr'schen Atommodell. Es beschreibt zudem die Grösse eines Orbitals. Je grösser n, desto grösser das Orbital.

n = {1,2,3,4,...}

Nebenquantenzahl l

Sind gleich zu verstehen wie die "Unterschalen" im Bohr'schen Atommodell. Es gibt zusätzlich die Form eines Orbitals an. Je grösser l, desto komplizierter die Form des Orbitals.

l = {n-1}

magnetische Quantenzahl m

Beschreibt die Orientierung eines Orbitals.

(werden im Unterricht von R.D. nicht erläutert)

Spinquantenzahl p

Beschreibt den Spin eines Elektron im Orbital

p = {1/2, -1/2}

Zwei Elektronen gleichen Atoms stimmen nie in allen Quantenzahlen überein.

Spin

Frage aus dem Unterricht von R.D.: Wieso kann ein Orbital zwei Elektronen haben? Nach dem Coulombgesetz dürfte ein Orbital nur eines haben.

Drehende, geladene Körper erzeugen ein Magnetfeld. Man stelle sich das Elektron als geladenes Teilchen bzw. als Kugel vor. Diese Kugel hat 2 Drehachsen, im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn. Diese Drehachsen bezeichnet man als Spin. Haben nun zwei Elektronen in einem Orbital verschiedene Spins, kann die Abstoßung mit der magnetischen Anziehung überwunden werden.

Spin	Reaktion	Spinzahl p
gleich	Abstossung	(+1/2, +1/2),(-1/2, -1/2)
verschieden	Anziehung	(+1/2, -1/2),(-1/2, +1/2)

Experiment Geisterstunde aka Fluoreszenz/Phosphoreszenz

Fluoreszenz

Phosphoreszenz

Experiment: Zwei Flüssigkeiten werden im Dunkeln mit UV-Licht beleuchtet. Beide Flüssigkeiten leuchten. Das Licht wird abgestellt. Eine der beiden Flüssigkeiten leuchtet weiter.

Fluoreszenz

Durch das UV-Licht (Lichtenergie) können die Elektronen in ein höheres Energieniveau wechseln. Dabei springt das Elektron auf die nächst höhere Schale. Wenn es dann wieder auf die ursprüngliche Schale zurückspringt, wird Energie abgegeben in Form von Licht -> Leuchten. Da das Elektron durchschnittlich 10^-8s auf der höheren Schale verweilt, leuchtet der Stoff so lange wie es UV-Licht hat.:

Phosphoreszenz

Auch hier springt das Elektron in die nächst höhere Schale. Doch dann vollzieht das Elektron einen weiteren Sprung (Quantensprung), es ändert seinen Spin. Wegen dem Pauli-Prinzip kann dieses Elektron nicht mehr in seine ursprüngliche Schale zurück, denn es können nur zwei Elektronen in einem Orbital sein, welche verschiedene Spins aufweisen. Das Elektron bleibt länger in der höheren Schale und kann so länger weiterleuchten.

Formen

1s-Orbital

2s-Orbital

3s-Orbital

p_x-Orbital

p_y-Orbital

p_z-Orbital

d-Orbitale

Orbital	Form	Nebenquanzenzahl l
s	Kugel	0
p	Hantel	1
d	kreuzende Doppelhantel	2
f	Rosette	3