Aufbau der Elektronenhülle

• Mehrelektronenatom:
  • zusätzlich: Abstoßung der Elektronen untereinander
  • komplizierte Gleichungen
  • langwierige Näherungsrechnungen oder schwierige Computersimulationen
• Grobe Näherung:
  • Elektronen bewegen sich im Potential des Kerns
  • Abstoßung untereinander wird vernachlässigt
  • damit Niveaus des H-Atoms (bei anderem Z)
  • erklärt viele Eigenschaften des Periodensystems der Elemente
• Pauli-Prinzip:
  • zwei Elektronen dürfen nicht identische Quantenzahlen haben
  • fundamentales physikalisches Prinzip
  • Erklärung erst mit tiefliegenden mathematischen Methoden
• Bedeutung für das Atom:
  • Elektronen verteilen sich auf verschiedene Niveaus
  • füllen Niveaus "von unten" auf, d.h. beginnen bei niedriger Energie
  • Faustregel: bei gleicher Energie erst die Niveaus mit niedrigerem l (Bahndrehimpuls)
• Beispiel Neon:
  • 10 Elektronen
  • Hauptquantenzahl n = 1:
    • l = 0, m = 0, m_s = ±1/2
    • 2 verschiedene Zustände
    • Platz für 2 Elektronen
    • Schreibweise: 1s² (2 Elektronen in 1s-Niveaus)
  • Hauptquantenzahl n = 2:
    • l = 0 → 2 Zustände 2s
    • beide besetzt: 2s²
    • l = 1 → 6 Zustände 2p (drei Werte m, jeweils 2 Werte m_s)
    • alle 6 besetzt: 2p⁶
  • Termschema (Besetzungszahlen der Niveaus) insgesamt:
    • 1s² 2s² 2p⁶
  • alle Schalen komplett besetzt
  • chemisch inaktiv (Edelgas)
• Beispiel Natrium:
  • 11 Elektronen
  • Termschema: 1s² 2s² 2p⁶ 3s
  • einzelnes Elektron auf äußerster Schale
  • wird leicht bei Reaktionen abgegeben (Alkalimetall)
• Periodensystem der Elemente:
  • tabellenartige Zusammenstellung der chemischen Elemente
    
  • in Spalten Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften
  • rein empirisch gefunden
  • Erklärung: Elemente einer Spalte → gleiche Elektronenkonfiguration der äußeren Schale
  • Auswirkung der Elektronenabstoßung:
    • bei schwereren Elementen Systematik durchbrochen
    • Energieniveaus anders als beim H-Atom
• Aufgaben:
  • Aufgabe 15