Das quantenmechanische Atommodell und periodische Eigenschaften

Aktuelles Atommodell (Quantenmechanisches Modell)

Heisenbergsche Unschärferelation: Die von Bohr aufgeworfenen Fragen wurden durch Heisenberg grundlegend geändert. Er sagte, es sei unmöglich, gleichzeitig die Position und Geschwindigkeit eines Elektrons im Atomkern zu bestimmen. Dies ist bekannt als die Heisenbergsche Unschärferelation. So entstand ein neues Atommodell, das quantenmechanische Modell. Hiernach befinden sich Elektronen in Orbitalen, das sind abgeschlossene Räume, in denen die Wahrscheinlichkeit, Elektronen anzutreffen, am größten ist. Diese Orbitale sind wiederum in verschiedenen Energieniveaus gruppiert. Zur Beschreibung der Lage eines einzelnen Elektrons sind sogenannte Quantenzahlen notwendig. Mit diesen lässt sich die Elektronenkonfiguration der einzelnen Elemente im Periodensystem bestimmen.

Hauptquantenzahl (n)

Die Hauptquantenzahl n gibt das Energieniveau eines Elektrons im Atom an. Sie kann ganzzahlige Werte von 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 annehmen. Je höher der Wert von n, desto größer ist der Abstand des Elektrons vom Kern und desto größer und weniger stabil ist das Orbital.

Nebenquantenzahl (l)

Die Nebenquantenzahl l gibt die Form eines Orbitals und die Anzahl der Unterschalen innerhalb eines Energieniveaus an. Sie kann Werte von 0, 1, 2, 3 annehmen, die den s-, p-, d- und f-Orbitalen entsprechen.

Magnetische Quantenzahl (m)

Die magnetische Quantenzahl m beschreibt die räumliche Orientierung eines Orbitals innerhalb einer Unterschale. Der Wertebereich von m hängt vom Wert der Nebenquantenzahl l ab (von -l bis +l, einschließlich 0).

Spinquantenzahl (s)

Die Spinquantenzahl s beschreibt den Eigendrehimpuls (Spin) eines Elektrons. Sie kann die Werte +1/2 oder -1/2 annehmen, was einer Drehung im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn entspricht.

Pauli-Prinzip: Jedes Orbital kann maximal zwei Elektronen aufnehmen, die entgegengesetzten Spin haben müssen.

Elektronenkonfiguration: Die Elektronenkonfiguration beschreibt die Verteilung der Elektronen auf die verschiedenen Orbitale und Energieniveaus eines Atoms. Sie folgt den Regeln der Quantenmechanik.

Schritte zur Bestimmung der Elektronenkonfiguration:

1. Bestimmung der Anzahl der Elektronen.
2. Zuordnung der Elektronen zu den einzelnen Energieniveaus und Orbitalen.
3. Berücksichtigung der maximalen Kapazität jeder Unterschale und jedes Orbitals.

Periodische Eigenschaften

Die Elektronenkonfiguration bestimmt die chemischen Eigenschaften eines Atoms. Die Anordnung der Elemente im Periodensystem spiegelt die periodische Wiederkehr ähnlicher Elektronenkonfigurationen wider.

a) Atomradius

Der Atomradius ist definiert als die Hälfte des Abstands zwischen den Kernen zweier benachbarter Atome des gleichen Elements in einem Molekül oder Festkörper.

b) Ionisierungspotential

Das Ionisierungspotential ist die minimale Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus einem neutralen Atom im gasförmigen Zustand zu entfernen und ein positiv geladenes Ion (Kation) zu erzeugen.

c) Elektronenaffinität

Die Elektronenaffinität ist die Energie, die freigesetzt wird, wenn ein neutrales Atom im gasförmigen Zustand ein Elektron aufnimmt und ein negativ geladenes Ion (Anion) bildet.

d) Elektronegativität

Die Elektronegativität ist ein Maß für die Fähigkeit eines Atoms, in einer chemischen Bindung Elektronen anzuziehen.