Atomaufbau: Orbitalmodell und Quantenzahlen

Einführung

• Atomaufbau beschreibt die Anordnung von Protonen, Neutronen und Elektronen in einem Atom.
• Protonen und Neutronen befinden sich im Atomkern.
• Elektronen kreisen in der Atomhülle um den Kern.
• Wichtige Modelle: Orbitalmodell und Schalenmodell.

Atomaufbau im Detail

Atomkern

• Besteht aus Protonen und Neutronen.
• Kern ist kleiner als die Atomhülle, enthält jedoch 99,9 % der Atommasse.
• Massen:
  • Proton: ( 1,673 \cdot 10^{-27} \text{ kg} )
  • Neutron: ( 1,675 \cdot 10^{-27} \text{ kg} )
  • Elektron: ( 9,109 \cdot 10^{-31} \text{ kg} )

Atomhülle

• Besteht aus Elektronen, die in Orbitalen um den Kern kreisen.
• Schalenmodell und Orbitalmodell beschreiben die Elektronenverteilung.

Modelle der Elektronenverteilung

Schalenmodell

• Elektronen bewegen sich auf kreisförmigen Schalen um den Kern.
• Schalen sind diskret, in festen Abständen.
• Schale Kapazitäten:
  • K-Schale (n=1): 2 Elektronen
  • L-Schale (n=2): 8 Elektronen
  • Formel zur Berechnung: ( N_e = 2 \cdot n^2 )
• Energiestufen:
  • Näher am Kern = niedrigeres Energieniveau.
  • Übergang zwischen Schalen verursacht Energieabgabe oder -aufnahme.

Orbitalmodell

• Beschreibt Verteilung der Elektronen in Orbitalen.
• Orbitale als Aufenthaltsbereiche der Elektronen, aus Wellenfunktion berechnet.
• Wichtig: s-Orbital (kugelförmig), p-Orbital (hantelförmig).

Quantenzahlen

• Vier Quantenzahlen definieren den Zustand eines Elektrons:
  1. Hauptquantenzahl (n): Orbitalgröße.
  2. Nebenquantenzahl (l): Orbitalgestalt.
  3. Magnetquantenzahl (m): Orientierung im Raum.
  4. Spinquantenzahl (s): Drehsinn des Elektrons ((+1/2) oder (-1/2)).
• Pauli-Prinzip: Zwei Elektronen dürfen nicht alle vier Quantenzahlen gemeinsam haben.