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Atomorbitale

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Die Autor*innen
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André Otto
Atomorbitale
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Atomorbitale Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Atomorbitale kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Anzahl der Orbitale entsprechend ihres Orbitaltyps.

    Tipps

    Die Anzahl der Orbitale ergibt sich aus der Anzahl der Magnetquantenzahlen der entsprechenden Nebenquantenzahl.

    Lösung

    Die unterschiedlichen Orbitaltypen besitzen unterschiedlich viele Orbitale. Es gibt ein s-Orbital, 3 p-Orbitale, 5 d-Orbitale und 7 f-Orbitale. Die Anzahl ergibt sich aus der Anzahl der Magnetquantenzahlen der entsprechenden Nebenquantenzahl. d-Orbitale beginnen ab der dritten Hauptquantenzahl. Die Nebenquantenzahl l ist damit 2. Die Magnetquantenzahl m geht nun von -l bis +l; also -2, -1, 0, +1, +2. Dementsprechend gibt es 5 d-Orbitale.

  • Bestimme die Energie der Orbitale.

    Tipps

    Der energetische Verlauf ist nicht gleich der ansteigenden Hauptquantenzahl.

    Lösung

    Der energetische Verlauf der Orbitale lässt sich nicht chronologisch der Hauptquantenzahlen entsprechend ordnen. Es gibt einige Sprünge, die aber trotzdem einer gewissen Sytsematik entsprechen. Das 1 s-Orbital ist dabei am energieärmsten und die 5 f- und 6 d-Orbitale am energiereichsten. Hilfreich ist es, wenn du dir die Orbitale in einem Diagramm anordnest und Diagonalen zeichnest. Die zeigen dir dann den energetischen Anstieg an.

  • Gib die Elemente an, die folgende äußere Orbitale haben.

    Tipps

    Im Periodensystem sind die Elemente nach aufsteigender Elektronenzahl geordnet. Welches Orbital wird als erstes mit Elektronen besetzt?

    Lösung

    Die Orbitale sind energetisch unterschiedlich. Zunächst wird also das 1 s-Orbital besetzt. Wasserstoff hat also ein s-Orbital als Außenorbital. Durch die Ordnung des Periodensystems kannst du die Außenorbitale der Elemente leicht erkennen. Die ersten beiden Hauptgruppen werden als „s-Block“ bezeichnet. Alle Elemente der ersten und zweiten Hauptgruppe haben damit ein s-Orbital als Außenorbital. Die III.-VIII. Hauptgruppe wird als „p-Block“ bezeichnet. Alle Elemente dieser Hauptgruppen haben also p-Orbitale als Außenorbitale. Die Nebengruppen werden als „d-Block“ bezeichnet (ausgenommen der Lanthanoide und Actinoide).

  • Benenne folgende Orbitale.

    Tipps

    Überlege dir, wie viele Orbitale es je Orbitaltyp gibt.

    Lösung

    Das s-Orbital ist kugelförmig. Es gibt genau ein s-Orbital. Die drei p-Orbitale erkennst du an ihrer Hantelform. Diese Hantel hat dabei unterschiedliche Ausrichtungen. Das px-Orbital ist in x-Achse ausgerichtet, das pz-Orbital in z-Richtung und das py-Orbital in y-Richtung. Die 5 d-Orbitale haben die Form einer gekreuzten Doppelhantel. Die kann einmal in den verschiedenen Ebenen liegen, aber auch auf den Achsen. Die f-Orbitale besitzenn eine Rosettenform und sind in dieser Übung nicht abgebildet.

  • Erkläre, wie sich die Anzahl der Orbitale bestimmen lässt.

    Tipps

    Es gibt 5 verschiedene d-Orbitale.

    Lösung

    Die Anzahl der Orbitale lässt sich durch die Zahl der Magnetquantenzahlen der entsprechenden Nebenquantenzahl bestimmen. Ein Beispiel: Die d-Orbitale werden ab der dritten Schale mit Elektronen besetzt. Die Hauptquantenzahl n ist also 3. Die Nebenquantenzahl l kann nun Werte von 0-n-1 annehmen. Für die Hauptquantenzahl 3 bedeutet das also 0, 1, 2. 0 steht dabei für das s-Orbital, 1 für die p-Orbitale und 2 für die d-Orbitale. Wenn wir uns nun die Magnetquantenzahlen für die Nebenquantenzahl l = 2 anschauen, dann haben diese Werte von -l bis+l, also -2, -1, 0,+1,+2. Es sind in diesem Fall also 5 Magnetquantenzahlen und das entspricht auch der Anzahl an d-Orbitalen.

  • Bestimme die Elektronenkonfiguration für folgendes Element.

    Tipps

    Die Ordnungszahl verrät dir, wie viele Elektronen Mangan insgesamt besitzt.

    In jedes Orbital passen maximal 2 Elektronen.

    Lösung

    Mangan hat die Ordnungszahl 25. Es sind also insgesamt 25 Elektronen verteilt. Im ersten Orbital, dem 1 s-Orbital befinden sich 2 Elektronen. Mehr kann ein einzelnes Orbital nicht aufnehmen. Anschließend wird das 2 s-Orbital besetzt. Dann folgen die 2 p-Orbitale. Da es drei p-Orbitale gibt und jedes Orbital 2 Elektronen besitzt, befinden sich also 6 Elektronen in den 2 p-Orbitalen. Nun wird das 3 s-Orbital mit 2 Elektronen besetzt und die 3 p-Orbitale wieder mit 6 Elektronen. Da das 4 s-Orbital energetisch tiefer als die 3 d-Orbitale liegt, wird zunächst dann 4 s-Orbital mit 2 Elektronen besetzt. Du hast nun insgesamt 20 Elektronen verteilt. Es bleiben somit also noch 5 Elektronen für die 3 d-Orbitale.

    Die Anzahl der Elektronen wird immer als Exponent über den Buchstaben geschrieben, der für den Typen des Orbitals steht.

    Mn: $1~s^2~~2~s^2~~2~p^6~~3~s^2~~3~p^6~~4~s^2~~3~d^5$

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