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Atomorbital

Quantenphysik

© 2016 - 2025


Basiswissen · Was ist ein Orbital an sich, allgemein? · Wie deutet man Orbitale mit scharf gezeichnetem Rand? · Was ist das Schalenmodell? · Wozu dient das Orbitalmodell in der Chemie? · Wie heißt der Wechsel von Elektronen zwischen Orbitalen? · Fußnoten


Basiswissen


Atomorbitale werden oft als symmetrische und wolkenartige Struktruren um einen Atomkern dargestellt. Die Dichte der Wolke an einem Punkt entspricht dabei der Wahrscheinlichkeit, dort ein Elektron anzutreffen.



Bildbeschreibung und Urheberrecht
Die Dichte der Wolke steht für die Wahrscheinlichkeit, dort ein Elektron anzutreffen. Man sieht den Grundzustand des s-Orbitals von Wasserstoff. © RJHall (Wikimedia) ☛


Was ist ein Orbital an sich, allgemein?


  • Orb ist lateinisches Ursprungs und heißt so viel wie Kugel:
  • Orbus mundi ist etwa Latein für die Weltkugel, also die Erde.
  • Ein Orbital wäre entsprechend etwas kugeliges oder rundes.
  • In älteren Atommodellen stellte man sich Elektronenbahnen als Kreisbahnen vor.
  • Daher kommt das Wort Orbital für die vermuteten Elektronenbahnen in Atomen.
  • Das Orbitalmodell der Atomphysik kennt aber auch nicht-kugelige Orbitale.
  • Diese sind zum Beispiel hantelförmig, also keine Kugeln mehr.
  • Als Atommodell ist also das Wort Orbital in einem erweiterten Sinn zu verstehen.

Wie deutet man Orbitale mit scharf gezeichnetem Rand?


  • Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen nimmt im ...
  • Orbitalmodell asymptotisch mit der Entfernung vom Atomkern ab.
  • Ein Orbital hat damit - wie die Erdatmosphäre - keine scharfe Grenze.
  • Orbitale werden aber oft mit scharfem Rand gezeichnet.
  • Das heißt dann oft: ein Elektron wird mit 95 % (oder 90 %) ...
  • innerhalb des gezeichneten Randes (Hülle) angetroffen.[1]

Was ist das Schalenmodell?


Das Orbitalmodell kann für viele praktische Zwecke, vor allem in der Chemie, vereinfacht werden. Man stellt sich für die Orbitale nur Kugelschalen vor, die um den Atomkern angeordnet sind. Diese Schalen werden oft mit Großbuchstaben wie K, L, M, N etc. bezeichnet. Siehe mehr dazu unter Schalenmodell (Atomphysik) ↗

Wozu dient das Orbitalmodell in der Chemie?


  • Für chemische Reaktionen wichtig ist die Anzahl von Valenzelektronen.
  • Man kann das Orbitalmodell auf einzelne Atomsorten anwenden.
  • Es liefert dann recht gut Vorhersagen für die Anzahl der Valenzelektronen.
  • Diese Information steht jedoch auch in Tabellen oder Liste.
  • Die Information über die Valenzelektronen ist auch im Periodensystem enthalten.
  • Dafür benötigt man also nicht das (schwer erlernbare) Orbitalmodell.
  • Man kann das Orbitalmodell jedoch auch erweitern auf Moleküle.
  • Die Anzahl möglicher Moleküle ist aus praktischer Sicht quasi unendlich.
  • Für Moleküle gibt es kaum oder keine Tabellen über die äußeren Elektronen.
  • Um dort zu guten Vorhersagen zu gelangen, kann man das Orbitalmodell verwenden.
  • Es ist jedoch sehr lern- und rechenaufwändig.

Wie heißt der Wechsel von Elektronen zwischen Orbitalen?


  • Umgangssprachlich spricht man von einem Elektronen- oder Quantensprung.

Fußnoten


  • [1] Stehende Wellen und Atomorbitale: "Physikalische Experimente (Elektronenbeugung, C OMPTON-Streuung elektromagnetischer Strahlung an Elektronen)
zeigen, dass Elektronen sich nicht nur als Elementarteilchen, sondern auch wie stehende Wellen verhalten." Und: "Während die Wellenfunktion
Ψ selbst keine anschauliche Bedeutung hat, beschreibt ihr Quadrat,Ψ², den Raum um den Atomkern, in dem sich das Elektron mit größter Wahrscheinlichkeit aufhält. Dieser durch Ψ² beschriebene "Aufenthaltsraum" eines Elektrons wird als Atomorbital bezeichnet." In: Prüfungstraining Organische Chemie, 1. Auflage. Eberhard Breitmaier. © 2024 Wiley-VCH GmbH. Dort das Kapital "Atomorbitale, Elektronenzustände" auf Seite 8.