Das Orbitalmodell und Elektronenverteilung in Atomen
Das Orbitalmodell ist ein fundamentales Konzept in der Quantenchemie, das die Verteilung und das Verhalten von Elektronen in Atomen beschreibt.
Definition: Ein Orbital ist der Bereich in der Atomhülle, in dem sich ein Elektron mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhält.
Die Elektronenverteilung in Atomen folgt drei grundlegenden Regeln:
- Energieärmere Orbitale werden vor energiereicheren gefüllt.
- Das Pauli-Prinzip besagt, dass in jedem Orbital maximal zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin Platz finden.
- Einzelbesetzung von Orbitalen wird vor Doppelbesetzung bevorzugt (Hund'sche Regel).
Zur vollständigen Beschreibung eines Elektrons in einem Atom werden vier Quantenzahlen verwendet:
- Hauptquantenzahl (n): Gibt die Schale an.
- Nebenquantenzahl (l): Beschreibt die Form des Orbitals (s, p, d, f).
- Magnetische Quantenzahl (m): Bestimmt die räumliche Ausrichtung des Orbitals.
- Spinquantenzahl (s): Gibt die Spinrichtung des Elektrons an.
Highlight: Die Kenntnis der Elektronenkonfiguration ist entscheidend für das Verständnis chemischer Bindungen und Reaktionen, einschließlich der radikalischen Substitution bei Alkanen.
Es gibt Ausnahmefälle in der Elektronenverteilung, wie bei Chrom (Cr) und Kupfer (Cu), wo die Halbbesetzung oder Vollbesetzung der d-Schale energetisch günstiger ist.
Example: Die Elektronenkonfiguration von Chrom (24Cr) ist [Ar] 3d⁵ 4s¹ anstatt der erwarteten [Ar] 3d⁴ 4s², da die halbgefüllte d-Schale stabiler ist.
Das Konzept der Hybridisierung, insbesondere die sp³-Hybridisierung, ist wichtig für das Verständnis der Struktur von Alkanen. Bei der sp³-Hybridisierung bilden sich vier gleichwertige Hybridorbitale, die tetraedrisch angeordnet sind und einen Bindungswinkel von 109,5° aufweisen.
Diese Grundlagen der Atomstruktur und Elektronenverteilung sind essentiell für das Verständnis chemischer Bindungen und Reaktionen, einschließlich der radikalischen Substitution und Halogenierung von Alkanen.
