Atomorbitale

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Energieniveaus der Atomorbitale[Bearbeiten]

Atomorbitale werden durch die Hauptquantenzahl n, die Nebenquantenzahl l und die Magnetische Quantenzahl m definiert. Die Energie der Orbitale in einem Wasserstoffatom nimmt in der angegebenen Reihenfolge zu:

1s < 2s = 2p < 3s = 3p = 3d < 4s = 4p = 4d = 4f

In einem Mehrelerktronenatom werden die Energieniveaus weiter aufgespalten. Hier sind die = duch weitere < ersetzt.

Zustände mit gleicher Energie nennt man entartet.


Die Orbitale unterscheiden sich bezüglich ihrer Grösse, Form und ihrer Ausrichtung im Raum. Diese Eigenschaften werden durch die Quantenzahlen charakterisiert. Die Hauptquantenzahl bestimt hierbei die Grösse. Das 1s-Orbital ist kleiner als das 2s-Orbital.

Die Nebenquantenzahl gibt Auskunft über die From des Orbitals. Das s-Orbital (l=0) ist Kreisförmig, die p-Orbitale (l=1) sind hantelförmig.

Die magnetische Quantenzahl beschreibt die Ausrichtung des Orbitals im Raum. Die Anzahl der verschiedenen räumlichen Ausrichtungen ist festgelegt über die Anzahl der Werte für m. So hat beispielsweise das p-Orbital (l=1) die M-Werte -1, 0, +1. 3 Werte bedeuted 3 unterschiedliche Ausrichtungen im Raum.

Orbitalbilder[Bearbeiten]

Für all diese Quantenzahlen gibt es unterschiedliche Lösungen der Schrödingergleichung, die hier dreidimensional dargestellt werden. In dieser Form verteilen sich die Elektronen nämlich um den Atomkern:

1. Schale

1s-Orbital (n=1; l=0; m=0)

Orbital1.jpg

2.Schale

2s-Orbital (n=2; l=0; m=0)

Orbital2.jpg

px-Orbital (n=2,3,4,5,6; l=1; m=-1)

Orbital3.jpg

py-Orbital (n=2,3,4,5,6; l=1; m=0)

Orbital4.jpg

pz-Orbital (n=2,3,4,5,6; l=1; m=1)

Orbital5.jpg

3. Schale

3s-Orbital (n=3; l=0; m=0)

Orbital6.jpg

dxy-Orbital (n=3,4,5,6; l=2; m=-2)

Orbital9.jpg

dxz-Orbital (n=3,4,5,6; l=2; m=-1)

Orbital8.jpg

dyz-Orbital (n=3,4,5,6; l=2; m=0)

Orbital7.jpg

d(x2-y2)-Orbital (n=3,4,5,6; l=2; m=+1)

Orbitala.jpg

dz2-Orbital (n=3,4,5,6; l=2; m=+2)

Orbitalb.jpg

Es gilt dabei:

  • Atome im Grundzustand sind immer kugelförmig; alle Orbitale sind so gestaltet, dass ihre Summe immer eine Kugelform ergibt.
  • Daher sieht das 3dz2 zunächst auch ein wenig "unförmig" aus gegenüber den anderen 3d-Orbitalen.
  • Alle Orbitale mit den gleichen Haupt- und Nebenquantenzahlen haben bei Atomen im Grundzustand das gleiche Energieniveau.
  • Natürlich können sich verschiedene Orbitale auch überlappen.

Molekülorbitale[Bearbeiten]

Nach einer gängigen Näherung ergeben sich aus der Kombination von Atomorbitale in Molekülen sogenannte Molekülorbitale: Die sogenannte LCAO-Näherung (Linear Combination of Atomic Orbitals To Molecular Orbitals)

Siehe dazu: Molekülorbitale