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Orbitaltheorie
Vom Schalenmodell zum Orbital
Das Schalenmodell und das Energiestufenmodell beschreiben nur die Elektronenkonfiguration. Mit Orbitalen wird der Raum, in dem sich Elektronen mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhalten, genauer gezeigt. Jedes Orbital fasst zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin.
Elektronenkonfiguration von Atomen und Ionen – Energiestufenmodell und Schalenmodell
Kugelwolkenmodell – Valenzelektronen und Molekülbau
Mit dem Tool kannst du zum Einstieg das Schalenmodell und das Energiestufenmodell wiederholen. Der 3D Viewer zeigt dann mit dem Kugelwolkenmodell eine vereinfachte Form des Orbitalmodells.
1 Übungsaufgabe
Was ein Orbital ist
Elektronenkonfiguration im Kästchenschema
Im Kästchenschema wird jedem Orbital ein Kästchen zugeordnet – Elektronen werden mit Pfeilen dargestellt. Drei Regeln: I) Energetisch niedrigere Orbitale werden zuerst aufgefüllt; II) energetisch gleichwertige Orbitale werden zuerst einfach besetzt (Hundsche Regel); III) Zwei Elektronen in einem Orbital (Kästchen) besitzen entgegengesetzten Spin (gemäß Pauli-Verbot).
Informationen zur Elektronenkonfiguration im PSE finden
Periodensystem der Elektronenkonfigurationen
Elektronenkonfiguration – Kästchenschema und Orbitale
Mit dem ersten Tool übst du das Zuordnen von Elektronenkonfigurationen (Kurzschreibweise) zu Element-Atomen, im Periodensystem der Elektronenkonfigurationen findest du die Konfiguration jedes Elements auf einen Blick. Der 3D Viewer stellt Orbitale und Kästchenschema nebeneinander.
Hybridorbitale
Kohlenstoffatome haben im Grundzustand nur zwei ungepaarte Elektronen — trotzdem bilden sie vier gleichwertige Bindungen: Laut Valence-Bond-Theory werden aus den s- und p-Orbitalen Hybridorbitale gebildet.
Atomorbitale und Hybridorbitale
Der 3D Viewer veranschaulicht Atom- und Hybridorbitale und zeigt Moleküle mit resultierenden σ- und π-Bindungen.
Molekülorbital-Theorie
Treffen zwei Atomorbitale aufeinander, entstehen zwei Molekülorbitale: Jeweils ein bindendes mit niedrigerer Energie und ein antibindendes mit höherer. Aus der Orbitalbesetzung lässt sich die Bindigkeit ableiten.
Molekülorbitale – bindend und antibindend
Elektronendichteänderung – Bindungsbildung sichtbar gemacht
Der erste 3D Viewer zeigt das MO-Schema und visualisiert bindende und antibindende Orbitale. Der zweite 3D Viewer veranschaulicht die Änderung der Elektronendichte beim Zustandekommen einer Bindung.
1 Übungsaufgabe
Bindend und antibindend
Ladungscodierte Elektronendichteoberflächen
Die äußere „Grenze“ von Molekülen wird da definiert, wo die Elektronendichte einen einheitlichen, nur noch geringen Wert besitzt. Das (positive oder negative) elektrische Potenzial auf den Bereichen dieser Elektronenhülle kann farbig dargestellt werden.
3D Molekülviewer – Ladungscodierte Elektronendichteoberfläche
2D-Karten – Elektronendichte und elektrostatisches Potential
Die beiden 3D Viewer zeigen die Ladungsverteilung auf der Oberfläche und als Schnittkarte.
Mesomerie
Manche Moleküle und Ionen lassen sich mit einer einzigen Valenzstrichformel nicht richtig beschreiben. Der tatsächliche Zustand liegt zwischen mehreren Grenzstrukturformeln — denn die Elektronen sind über mehrere Atome verteilt (delokalisiert) anstatt an einem Atom lokalisiert zu sein.
Genau das erklärt, warum eine Carbonsäure sauer ist und ein Alkanol nicht: Das entstehende Carboxylat-Ion ist mesomeriestabilisiert.
Mesomerie – Grenzformeln und tatsächliche Elektronenverteilung
Der 3D Viewer stellt Grenzformeln und die tatsächliche Elektronenverteilung nebeneinander.