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Elektronenbelegung in Natrium

Elektronenschalen sind imaginäre Bahnen um a Atomkern, in dem die Elektronen gelegen. Die Verteilung der Elektronen über die Elektronenschalen wird als bezeichnet Elektronenkonfiguration erwähnt.

In dem Das Atommodell von Bohr ab 1913 mit der Anzahl der Elektronen in der äußersten Elektronenschale die chemischen Eigenschaften der Elemente erklärt. Bohr stellte sich die Elektronenschalen als konzentrische Bahnen vor, ähnlich den Bahnen des Planeten in dem Sonnensystem. Schwerere Atome haben mehrere Schalen, die als breitere Bahnen um den Atomkern dargestellt werden. Jede Schale hat eine bestimmte diskret Energieniveau relativ zum Atomkern: Die inneren Schalen haben ein niedrigeres Energieniveau als die äußeren. Letzteres bedeutet, dass sich die Elektronen normalerweise in einer Hülle befinden, die dem Atomkern möglichst nahe kommt. Die Elektronen beeinflussen sich jedoch gegenseitig, da sie geladene Teilchen sind. Grob gesagt werden zuerst die inneren Schalen gefüllt, aber es gibt Ausnahmen aufgrund der gegenseitigen Abstoßung.

Nach der modernen Quantenphysik Bohrs physikalische Interpretation konzentrischer Bahnen kann nicht richtig sein, denn ein Elektron verhält sich nicht nur wie ein Partikel, aber auch als Wellenphänomen verhält. Die Schale ist keine konzentrische Umlaufbahn, sondern ein stehendes Wellenmuster mit Bäuche und Knöpfe, dass in der Quantenphysik a orbital wird genannt. Außerdem lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, wo sich ein Elektron gerade befindet. Für jedes Orbital beschreibt eine mathematische Gleichung, die Wellenfunktion, was eine Lösung von . ist Schrödinger-Gleichung, die Wahrscheinlichkeit, das Elektron irgendwo zu finden.

Quantenzahlen

Elektronenschalen werden in Unterschalen und Bahnen unterteilt. Die Anzahl der Schalen, Unterschalen und Bahnen eines Atoms wird durch die sogenannte Quantenzahlen des entsprechenden Elements. Die ersten drei Quantenzahlen sind: die Hauptquantenzahl, die Nebenquantenzahl und die magnetische Quantenzahl. Neben den oben genannten drei Quantenzahlen gibt es noch weitere, wie beispielsweise die magnetische Spin-Quantenzahl.

Jede dieser Quantenzahlen wird weiter unten erläutert.

Die Hauptquantenzahl

Die Hauptquantenzahl nein gibt die Hauptverteilung der Energieniveaus an. Es gibt nein (Kopf)Peeling jeder repräsentiert ein Energieniveau. Diese Hauptschalen (Shells) sind vom Kern nach außen von 1 bis 7 nummeriert. Sie werden auch mit den Buchstaben K, L, M, N, O, P, Q bezeichnet. Die Bezeichnung mit Buchstaben wird hauptsächlich verwendet für röntgen, um anzuzeigen, welche Innenschalen an dem elektronischen Übergang beteiligt, dass die Strahlung Ursachen. In der Chemie hingegen werden nur die Zahlen 1 bis 7 verwendet, höhere Zahlen als 7 sind prinzipiell möglich, finden sich aber in der Praxis nicht, da die Zahl chemische Elemente ist begrenzt.

Als die ersten Muscheln entdeckt wurden, war ihr Zusammenhang nicht ganz klar, und die erste Muschel wurde mit dem mittleren Buchstaben des Alphabets (M) versehen, so dass man noch in beide Richtungen gehen konnte. Erst später fanden die Wissenschaftler heraus, dass es weiter „links“ vom K keine weiteren Granaten gab, obwohl noch lange an „J-Strahlung“ gedacht wurde.

Die Seitenquantenzahl

Jede Elektronenschale besteht aus einem oder mehreren Unterschalen (Unterschiede). Jede dieser Unterschalen wird mit einer sekundären Quantenzahl bezeichnet . Für eine Hauptquantenzahl nein können l die Werte 0, 1, 2, .., neinhabe -1. Es gibt also n Unterschalen pro Hauptschale. Die Unterschalen werden auch angegeben, indem man zur Hauptquantenzahl einen Buchstaben aus der Reihe s, p, d, f, g, h, i, j, k,... hinzufügt nein. Im Gegensatz zu den Quanten-Großbuchstaben werden diese Buchstaben in Physik und Chemie immer noch häufig verwendet. Die ersten vier Buchstaben stammen aus dem Atomspektren und stehe für soScharf, pSchulleiter, dwennfuus, und fgrundsätzlich auf das Auftreten der Spektrallinien. Erst später wurde ihre gegenseitige Verwandtschaft klar und es wurde beschlossen, die Buchstabenfolge alphabetisch fortzusetzen: Neben den genannten ersten drei Quantenzahlen gibt es noch weitere, wie die magnetische Spinquantenzahl

Die magnetische Quantenzahl

Die magnetische Quantenzahl ich gibt an in wie viel Arbeitsplätze jede Unterschale ist geteilt; ich läuft von -ℓ bis um l, in welchem l ist die sekundäre Quantenzahl. Es gibt also 2l 1 solcher Jobs pro Unterschale.

Die magnetische Spinquantenzahl

Der Magnet Spinquantenzahlso beschreibt im Gegensatz zu den drei Hauptquantenzahlen weniger die Bahn als die 'Rotation' des Elektrons selbst. Diese Zahl kann zwei Werte annehmen: –½ und ½ (bzw. Spin Nieder und Spinne oben).

Die hier gegebene Notation für die vier Quantenzahlen: nein, l, ich, so wird in einigen Büchern verwendet, ist aber nicht ganz korrekt. Das hier erwähnte s hat für den Spin die gleichen Eigenschaften wie m für die Bahn, nämlich die magnetische Quantenzahl. Verwenden Sie daher sorgfältigere Bücher nein, l, ich_l, ich_so, und fügen Sie eine fünfte Zahl hinzu: so. Dieses so (Spinquantenzahl) hat die gleichen Eigenschaften wie l. Da aber zumindest für Elektronen diese so = ½ immer, ist für die weitere Identifizierung nicht wichtig und kann weggelassen werden.^[Quelle?]

Zwei Elektronen müssen sich immer mindestens in einer ihrer Quantenzahlen unterscheiden wegen der Pauli .'s Ausschlussprinzip. In jeder Umlaufbahn können sich also zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin befinden.

Eine Sub-Shell wird immer hinzugefügt als nein wird höher: für nein = 1 gibt es eine Unterschale (1s), für nein = 2 gibt es zwei Unterschalen (2s und 2p), für nein = 3 gibt es drei (3s, 3p, 3d) und so weiter. Dies basiert auf der Atommodell von Sommerfeldfeld.

Da eine Schale nie mehr als 32 Elektronen haben kann, werden die letzten Schalen nur zu 32 aufgebaut. Erst nach dem Element mit der Ordnungszahl 120 würde die 5g Unterschale gefüllt. Das bisher schwerste Element (2020) ist jedoch die Nummer 118: oganesson.

Die Elektronen in den Schalen mit niedrigem neinWert werden die inneren Elektronen genannt. Die äußersten Elektronen, die Valenzelektronen, bestimmen am meisten die chemischen Eigenschaften des Atoms.

Wellenfunktion

Das in diesem Artikel skizzierte Bild, dass sich die Elektronen in (Unter-)Schalen um die Atomkerne befinden, ist eine Annäherung an die sehr schwer verständliche Beschreibung auf der Grundlage der Theorie der Quantenmechanik. Die Elektronen haben jeweils eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, wo sie sich tatsächlich befinden. Diese Verteilung wird beschrieben mit a Wellenfunktion. Diese Wellenfunktion ist nicht so sehr a schälen, aber es hat eine bestimmte Form. Das Elektron hat tatsächlich ein riesiges Gebiet, in dem es sich aufhalten kann (siehe Wahrscheinlichkeitsprinzip von Heisenberg). Die Form der Wellenfunktion ist bei den Bezeichnungen s, p, d usw. unterschiedlich. Aufgrund der Ausschlussprinzip von Paulic kein Elektron kann mit exakt derselben Wellenfunktion koexistieren. Aufgrund der Eigenschaft Spinne des Elektrons kann es in der Unterschale s zwei Elektronen geben. Nämlich das Elektron mit Spin oben und das andere Elektron mit Spin Nieder. Dies gilt für jede Schale auf der untersten Ebene: die „magnetische“ Unterschale.

Die Schalen sind mit Elektronen gefüllt, je schwerer das Atom (enthält mehr Elektronen). Die Elektronen nehmen immer den niedrigsten Energiezustand ein. Dadurch wird eine kernnähere Schale meist vollständig aufgefüllt, bevor ein Elektron auf einer kernferneren Schale stattfindet.

Für jede Elementzeile werden nur die neuen Schalen aufgelistet, alle Schalen aus den Elternzeilen sind vollständig gefüllt (denken Sie an die Elektronenkonfigurationen der Elemente ganz rechts - die Edelgase - aus allen übergeordneten Zeilen bei).

Beispiel: die vollständige Elektronenkonfiguration von Brom (Symbol Br) ist1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵. Normalerweise werden die vollständig gefüllten Schalen aus höheren Reihen des Systems durch das Edelgassymbol aus der vorherigen Reihe ersetzt. Die Elektronenkonfiguration von Brom wird dann als [Ar] 4s²3d¹⁰4p⁵.

Die folgende Tabelle gibt die Anzahl der Elektronen pro Unterschale, pro Schale und für das gesamte Atom an. Dies ist nur eine theoretische maximale Anzahl von Elektronen, da bei den bekannten Elementen nicht alle Unterschalen vollständig besetzt sind.

Die erste Spalte ist die Quantenzahl nein: 1 bis 7.

Die zweite Spalte ist der alte Name der Shell: K bis Q.

Die fetten Unterschalen (7d, 7f, 7g, 7h, 7i und 6f, 6g, 6h und 5g) füllen sich nie im Grundzustand weil es nur 112 . gibt Elemente sein. Dadurch wird die 5., 6. und 7. Schale nie voll sein und die theoretische maximale Elektronenzahl für die Quantenzahl n = 5, 6 und 7 wird nie erreicht. Daher sind diese Werte auch Fett- angezeigt.

Die Reihenfolge, in der sie als Funktion der Ordnungszahl gefüllt zu werden unterscheidet sich in dem Sinne, dass die 4s-Elektronen früher gefüllt werden als die 3d-Elektronen. Obwohl die Periodenzahlen des Periodensystems mit der Quantenzahl n zusammenhängen, sind sie daher nicht gleich.

Solche Kreuzungen sind das Ergebnis abnehmender Energieunterschiede zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hauptschalen. Das niedrigste Energieniveau einer bestimmten Hauptschale kann daher energetisch günstiger sein als das höchste Energieniveau einer vorherigen Hauptschale.

Die richtige Auffüllung findet man mit der Diagonalregel.

Die Tabelle wird beginnend mit 1s, dann 2s, dann entlang der Diagonale von rechts oben nach links unten beginnend bei 2s gelesen:

1s - 2s -

2p - 3s -

3p - 4s -

3d - 4p - 5s -

4d - 5p - 6s -

4f - 5d - 6p - 7s -

5f - 6d

Und dann gibt es hier und da noch kleine Unregelmäßigkeiten.

Siehe auch

• Elektronenkonfiguration
• Wellenfunktion
• Periodensystem/Elektronenkonfiguration
• Orbital, hat auch eine grafische Darstellung der Elektronenbahnen