Einführung in die Allgemeine und die Anorganische Chemie: Die Elektronenhülle

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Das Bohr-Rutherford-Atommodell http://de.wikipedia.org/wiki/Rutherfordsches_Atommodell:

Beim Wasserstoff H umkreist das negative Elektron den positiven Atomkern. Auf das Elektron wirken folgende Kräfte ein:

a = Zentripetalkraft (Coulumbsches Gesetz) durch Anziehung des Elektrons durch den Atomkern.

= k * qProton * qElektron / r 2

b = Zentrifugalkraft (Newton´sches Gesetz) = Fliehkraft durch die Kreisbahn.

= m e- * v 2e- / r

v = velocity (Geschwindigkeit)

Bei einem Radius r = 0,528 * 10 -10 m,

die Umlaufgeschwindigkeit des e - v = 7,87 * 10 6 km/h = 73 % der Lichtgeschwindigkeit,

Zahl der Umläufe pro Sekunde (s) f = 7 * 10 15

Das zweite Elektron des Helium-Atoms besetzt die gleiche Bahn wie das Wasserstoff-Elektron. Damit ist die erste Schale voll besetzt.

Dass maximal 2 Elektronen in eine Elektronenbahn passen wurde von Wolfgang Pauli erkannt.

Siehe hierzu auch:

http://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Pauli

http://de.wikipedia.org/wiki/Pauli_Prinzip

http://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenschale

Die Elektronen sind in verschiedenen Schalen um den Atomkern verteilt:

Die innerste Elektronenbahn hat den Radius 0,528 * 10 -10m, einfacher Radius r1 ist einmal vorhanden. Sie wird auch als erste Schale, oder K-Schale bezeichnet.

Die zweite Elektronenbahn hat den Radius 2,112 * 10 -10m, vierfacher Radius r1 ist viermal vorhanden. Sie wird auch als zweite Schale, oder L-Schale bezeichnet.

Die dritte Elektronenbahn hat den Radius 4,752 * 10 -10m, neunfacher Radius r1 ist neunmal vorhanden. Sie wird auch als dritte Schale, oder M-Schale bezeichnet.

Hier gelten folgende Gesetzmäßigkeiten:

n2 Bahnen je Schale und

2 n2 Elektronen je Schale

Nun wird es ein bisschen schwieriger:

Die Elektronenbahnen werden noch weiter unterschieden, und es kommen noch weitere Bezeichnungen hinzu:

Es gibt:

s-Bahnen mit s-Elektronen, (s = sharp), ab der K-Schale,
p-Bahnen mit po-Elektronen, (p = prinzipal), ab der L-Schale,
d-Bahnen mit d-Elektronen, (d = diffus), ab der M-Schale,
f-Bahnen mit f-Elektronen, (f = fundamental)
g-Bahnen mit g-Elektronen,

Um das ganze besser verstehen zu können folgt eine kleine Übersicht von ein Paar Elementen aus dem Periodensystem ( Spinrichtungen der Elektronen Λ oder V):

Elementsymbol Valenzelektronen der äußersten Schale 1. Schale 1. Bahn 2. Schale 1., 2., 3., 4. Bahn 3. Schale 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9. Bahn
H 1 Λ
He 2 Λ und V
Li 1 Λ V Λ
Be 2 Λ V Λ V
B 3 Λ V Λ V - Λ
C 4 Λ V Λ V - Λ - Λ
N 5 Λ V Λ V - Λ - Λ - Λ
O 6 Λ V Λ V - Λ V - Λ - Λ
F 7 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ
Ne 8 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V
Na 1 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V Λ
Mg 2 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V Λ V
Al 3 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V Λ V - Λ
Si 4 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V Λ V - Λ - Λ
P 5 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V Λ V - Λ - Λ - Λ
S 6 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V Λ V - Λ V - Λ - Λ
Cl 7 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ
Ar 8 Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V Λ V - Λ V - Λ V - Λ V

Bei der Aufstellung der Tabelle wurde auch die Hund'sche Regel beachtet:

Enthält eine Schale mehrere energetisch gleichwertige Bahnen (p- (= 2. bis 4. Bahn), d- (= 5. bis 9. Bahn) und f-Bahnen), so werden diese zunächst mit je 1 Elektron besetzt.

Dies ist schön beim z.B. Stickstoff (N) und Phosphor (P) zu erkennen. Hier werden die Bahnen 2 bis 4 (bei N) der 2. Schale und die Bahnen 2 bis 4 (bei P) der 3. Schale zunächst einfach mit Elektronen gleichen Spins besetzt.

Anhand der Valenzelektronen und der Bestrebung auf der äußeren Schale Edelgasbedingungen (Elektronenkonfiguration der Edelgase) zu erreichen kommt man dann zu den möglichen Verbindungen der verschiedenen Atome:

H kann ein Elektron aufnehmen -> H- (= Heliumkonfiguration) oder ein Elektron abgeben H+.

Li kann ein Elektron abgeben Li+ (= Heliumkonfiguration).

Be kann zwei Elektronen abgeben Be2+ (= Heliumkonfiguration).

B kann drei Elektronen abgeben B3+ (= Heliumkonfiguration).

C kann vier Elektronen abgeben B4+ (= Heliumkonfiguration), z.B. CO2 oder 4 Elektronen aufnehmen (= Neonkonfiguration), z.B. CH4.

N kann drei Elektronen abgeben N3+, z.B. NF3, hier ist dann die S-Bahn noch komplett besetzt, weiterhin können fünf Elektronen abgeben N5+ (= Heliumkonfiguration), z.B. N2O5 oder 3 Elektronen aufnehmen (= Neonkonfiguration), z.B. NH3.

O kann zwei Elektronen aufnehmen O2- (= Neonkonfiguration), z.B. alle Oxide Li2O.

F kann ein Elektron aufnehmen F- (= Neonkonfiguration), z.B. NaF