Orbitale

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merke-kleinAls Orbitale werden die zeichnerischen Darstellungen der Aufenthaltswahrscheinlickeiten von Elektronen bezeichnet, die man mit Hilfe der Schrödingergleichung berechnen kann (Quadrat der Wellenfunktion). In einem Orbital können sich maximal zwei Elektronen aufhalten.

Die für uns wichtigsten Orbitale sind die ...

  • kugelförmigen s-Orbitale ,
  • die hantelförmigen (keulenförmigen, sanduhrförmigen) p-Orbitalep-orbital-k  und
  • die sogenannten HybridorbitaleHybridorbital-k, die auch hantelförmig sind, wobei jedoch eine Hantel wesentlich kleiner ist.

merke-kleinDie Form eines Orbitals wird durch die sogenannte Nebenquantenzahl (l) ausgedrückt. Die Hautpquantenzahl (m)  gibt die Energiestufe des Elektrons an. Sie entspricht vergleichsweise der Periodenzahl, also der entsprechenden Schale auf der sich nach Bohr die Elektronen befinden. Die Hauptquantenzahl wird der Nebenquantenzahl vorangestellt.

1s-Orbital eines Kohlenstoffatoms:1s-k-Orbital      
2s-Orbital eines Kohlenstoffatoms:1s-k-Orbital

Das s-Orbital eines Wasserstoffatoms wird in Folge als weiße Kugel dargestellt.

        

 

 

list starElektronendichte eines s-Orbitals

Die gängigen Darstellungsformen der Orbitale haben scharfe Konturen.

Die tatsächliche Wahrscheinlichkeit ein Elektron z.B. in einem 1s-Orbital anzutreffen gibt folgendes Diagramm wieder:

Elektronendichte-s1-Diagramm

Die Wahrscheinlichkeit das Elektron anzutreffen ist demnach in der Nähe des Atomkerns am größten, sie nimmt mit der Entfernung vom Kern ständig ab, wobei die Aufenthaltswahrscheinlichkeit nie den Wert 0 erreicht.

Ein Elektron kann man sich als Ladungswolke vorstellen. Die Ladungswolke erscheint besonders dort dicht, wo die Aufenthaltswahrscheinlicheit des Elektrons am größsten ist.

s-Orbital-Schnitt

Ein 2s-Orbital ist nicht nur größer als ein 1s-Orbital, es enthält innerhalb der Kugel noch eine Knotenebene. Das soll uns hier aber nicht weiter beschäftigen, sondern nur klar machen, dass die s-Orbitale mit unterschiedlicher Hauptquantenzahl sich eben auch im "Inneren" unterscheiden. 

 

 

merke-klein

Ein Elektron, das sich in einem Orbital aufhält, führt keine Rotation um den Atomkern aus. Man muss sich also (als Oberstufenschüler) von der Vorstellung des Bohrschen Atommodells verabschieden. Sowohl die wahrscheinliche Position, als auch der Impuls lassen sich nur mit einer Unschärfe angeben.

Ein Elektron in einem Orbital hat jedoch auch eine kinetische Energie, es befindet sich also nicht vollständig in Ruhe. Dennoch ist die Darstellung eines Orbitals, dass man sich als Ladungswolke vorstellen kann, für viele Betrachtungen - wie z.B. Atombindungen zustande kommen - das modernste Modell.