d und f Orbitale besetzen?
Hallo,
ich schlage mich schon seit Anfang der Woche mit Quantenzahlen und Orbitalbesetzung rum, jetzt habe ich endlich begriffen, dass es pro Schale (Hauptquantenzahl) max. 1 S Orbital (so ne Kugel) und max. 3 P Orbitale (so Hanteln) geben kann, jedes Orbital kann max 2 Elektronen mit entgegensetzen Spin beinhalten. Die Orbitale werden durch die Nebenquantenzahl festgelegt.
Jetzt habe ich noch ein paar abschließende Fragen, wie schaut die Geschichte mit den d-Orbitalen aus , wie viele gibt es von denen?
Ich hab hier ne Tabelle im Mortimer gefunden wo bei Kr ....3s^2 3p^6 u. 3d^10 steht, daher vermute ich dass es 5 d Orbitale gibt, aber sicher bin ich mir da nicht.
Außerdem ist es merkwürdig, dass z.. beim Kalium kein 3d Orbital besetzt wird, sondern gleich das 4s Orbital. Weiß jemand warum?
Danke
4 Antworten
In der Tat gibt es 5 d-Orbitale, 7 f-Orbitale usw.
Wobei "usw." praktisch nicht mehr relevant ist.
Aber deswegen gibt es je 10 Übergangsmetalle und 14 Innere Übergansmetalle.
Und wie du schon bemerkt hast, werden die Schalen nicht sauber nach ihrer Nummer besetzt, sondern nach ihrer Energie.
Bei den p-, d- und f-Orbitalen gehen ja Knotenflächen durch den Kern.
Bedeutet, dass sie im Kern die Aufenthaltswahrscheinlichkeit Null haben.
Also sind sie vom Prinzip her schon mal weiter vom Kern weg als s-Orbitale.
Und das ist ja "Sinn und Zweck" eines Atoms, dass die Elektronen der Elektrostatischen Anziehung des Kerns folgen, ihm also so nah wie möglich sein "wollen".
Wie die genaue Begründung ist, kann und will ich dir nicht herleiten.
Es ist einfach Fakt, und im PSE zu sehen, in welcher Reihenfolge die Orbitale gefüllt werden.
4s ist nun mal energieärmer als 3d, aber energiereicher als 3p.
Deswegen werden die 3d-Elektronen "dazwischen geschoben".
Bei den Übergangsmetallen.
Und selbst diese Reihenfolge gilt nur für die Erstbesetzung. Ein Zink-Atom gibt nämlich keineswegs 2 3d-Elektronen ab zum Zn²⁺-Ion, sondern seine 2 4s-Elektronen.
Irgendwann kippt also die Reihenfolge.
Ob es Sinn macht, dir zu raten, es dabei bewenden zu lassen, da bin ich spektisch.
Falls nicht, taucht dei den d-Orbitalen zum ersten mal das Problem auf, dass es mehr Möglichkeiten als Orbitale gibt.
Orbitale gibt es ja nur 5, aber 2 * 3 = 6 Koordinaten.
Es gibt nämlich zum ersten die Orbitale, die ihre Keulen zwischen den Koordinaten haben. Also auf Papier diagonal. Und die werden nach den Koordinaten benannt, zwischen denen sie liegen, also dxy, dxz und dyz.
Zum zweiten gibt es die Orbitale, die ihre Keulen in Richtung der Koordinaten haben, genannt dx²y², dx²z² und d y²z².
Das macht aber zusammen sechs, nicht fünf. Daher ist das 5. Orbital eine Kombination (ein Hybrid) aus dx²z² und d y²z², genannt dz². Das hat 2 Keulen in z-Richtung, und einen Wulst (Schwimmring) über x- und z-Richtung.
Und nächste Woche kommen wir dann zu den Hybriden, sp, sp², sp³, dsp² und d²sp³.
Kleiner Scherz, Schönes Wochenende! սoʇʍəN әɯoɹәԸ sɐաօч⊥
Verzeihung, aber wie kommen Sie auf 3*2 Koordinaten?
Wie schon öfters empfohlen, Bilder schauen!
Ganz konkret gibt es 2 Sorten von d-Orbitalen, die mit den Keulen zwischen den Koordinaten und die mit Keulen in Richtung der Koordinaten.
Und von beiden gibt es erst mal 3 Stück, weil es 3 Koordinaten gibt.
Und das ist erst mal unwichtig, und wird erst dann wichtig, wenn Bindungen unter Beteiligung von d-Orbitalen ins Spiel kommen.
Also hauptsächlich bei Komplexverbindungen von Übergangsmetallen.
Also für dich erst mal gar nicht!
Hallo zunächst,
Hier eine, wie ich finde, einfache Eselsbrücke zu den Oribitalen vorweg: SPD (Partei) + PDF (Datei) -> s (p d) f = die Reihenfolge, in der die Elektronen den Orbitale eines Atoms zugeordnet werden.
Und hier ein sehr interessanter Link für dich: http://www.seilnacht.com/Lexikon/pordn.htm
Unter der Überschrift Verteilung der Elektronen in Orbitalen nach Energieniveaus (ca. Mitte der Seite) wird deine erste Frage beantwortet.
Du hast übrigens einen Fehler in dem Beispiel, es müsste 4s^2 4p^6 3d^10 heißen ;).
Du hast recht mit der Vermutung, dass es 5 d Orbitale gibt, mit jeweils 2 Elektronen (Hanteln). Steht aber auch alles im Link.
Lies dir den Artikel durch, normal dürften dann alle Fragen beantwortet sein.
Sonst frag hier nochmal, ob ich dir weiterhelfen kann.
Viele Grüße, ein Chemielaborant ;)
Vielen Dank,
ich werde mir die Seite gleich durchlesen.
Viele Grüße, ein Chemiestudent
So, bin fertig, aber ich verstehe jetzt noch immer nicht, warum Kalium kein 3d sondern ein 4s Orbital hat. Da steht zwar, dass die D-Orbitale ab der 4. Periode nicht mehr voll besetzt werden, aber wie ich die dann auffüllen soll, das wird da nicht beschrieben.
z.B. habe ich bei Sc dann 1 Elektron im 3d und 2 Elektronen im 4s
bei V wird's ja noch lustiger, da habe ich dann 5 Elektronen in den 3d-Orbitalen und 1 Elektron in dem 4s-Orbital. nebenbei wie viele 3d Orbitale habe ich da? Ich würde jetzt vermuten 5 halb besetzte, da man ja immer erst die Orbitale mit einem Elektron besetzten soll, könnten aber auch 2,5 vollbesetzte 3d Orbitale sein.
Ab Kupfer schaut's für mich wieder normal aus, aber was da von Kalium bis Cobalt läuft verstehe ich nicht.
Das Spiel wiederholt sich ab Rb wieder^^
Vielen Dank schon mal^^
Ich glaub, du hast V mit Cr verwechselt.
Ansonsten siehe meine Antwort. Wenn die Reihenfolge irgendwann "kippt", wird sie zwischendurch halt "wacklig".
Beim "Auffüllen" der Orbitale gehst du, salop gesprochen, von links nach Rechts, sprich: von der 1. bis zur 8. Hauptgruppe, 1-10 Nebengruppe. Die Nebengruppen gliedern sich nach der 1+2 Hauptgruppe ein. Dadurch wird immer erst das s-Orbital gefüllt, und erst ab der 3. Periode das d- und DANN das p-Orbital.
Als Beispiel Kohlenstoff (C) 2s^2 2p^2.
Gallium (GA) hat vorstehend die Nebengruppen, darum wird es als: 4s^2 3p^10 4d^2 geschrieben
Rubidium (Rb) steht vor den Nebengruppen, somit 5s^1 ohne weitere Angaben.
Die Nebengruppen werden erst nach Kalium (K) mit angegeben (siehe PSE).
Du musst dich davon lösen, dass die Zahl vor dem Buchstaben die Periode GENAU angibt.
Das d-Orbital wird angefangen zu füllen, sobald die Nebengruppen ins Spiel kommen. (Quasi Scandium (Sc) als erstes Element der Nebengruppe mit einem 4s^2 3d^1).
Das du bei Vanadium 5 Elektronen im 3d-Orbital hast ist glaube ich falsch.
Meines Wissens nach müsste es 4s^2 3d^3 heißen.
Es gibt 1 3d-Orbital mit 5 "Plätzen" die je doppelt besetzt werden, füllbar also mit 10 Elektronen (1 Elektron = Scnadium, 2 Eletronen = Titan, 3 Elektronen = Vanadium, etc.). Das Nächste Orbital der d-Orbitalreihe wäre also Yttrium (Y) mit 5s^2 4d^1. Analogie s.o.
Sorry, dass du warten musstest. Ich schreibe ungerne Unfug und hab deswegen alles so sorgfältig wie möglich gemacht ;).
Wie gehabt: Fragen fragen!
Wer Fehler entdeckt darf mich gerne verbessern!
Aaaah, du meinst, dass, gemäß dem Fall, dass Cr statt V gemeint ist, Cr sp2-hybridisiert vorliegt und deswegen die Verteilung der Elektronen 4s^1 3p^5 statt 4s^2 3p^4 entspricht?
Hättest du für mich dann eine Erklärung, wann ein Element hybridisiert vorliegt und wann nicht?
Kann mich da aus meiner Ausbildungszeit an kein Ereignis erinnern.
Danke schonmal für eine Antwort!
Meinen habe ich mir in der 12. abgewöhnt, als mein Biolehrer gesagt hat, dass wir das größte Schädelvolumen in der Evolution des Menschen haben und ich mir darauf erlaubt habe zu bemerken, dass das Volumen vom Neanderthaler rund 200-300cm³ größer war.
Ich habe nur eine Tabelle aus dem Mortimer zitiert in der steht:
Sc Z: 21 1s²s²p^63s²3p^63d^14s^2
und ja, ich bin in der Zeile verrutscht..
Das hat nichts mit Hybridisierung zu tun, sondern eher mit der Hundt'schen Regel.
Oder man kann es auch als "Stabilität halbbesetzter Schalen" bezeichnen.
Wenn es 5 d-Elektronen gibt, ist ja jedes d-Orbital einfach besetzt.
Deshalb hat Cr die Konfiguration 4s¹ 3d⁵ und nicht 4s² 3d⁴ oder 4s⁰ 3d⁶.
Und deshalb ist z.B. beim Mn das Mn²⁺ so "beliebt" - das hat nämlich die Konfiguration 4s⁰ 3d⁵.
Die energetische Reihenfolge von 4s und 3d hängt auch von der Kernladung ab, die Differenz wird immer geringer, irgendwann Null und kehrt sich schließlich um.
Deswegen in Zn von der Chemie her schon ein Hauptgruppenelement, es hat im Zn²⁺ nämlich die Konfiguration 3d¹⁰.
All das muss man so detailliert nicht unbedingt wissen.
Aber man sollte dann auch nicht wild rumspekulieren.
Ich finde es auch durchaus gut, wenn du dich bei Verständnisproblemen in Fragen "einklinkst", aber es würde die Sache erleichtern, wenn du dann Nachfragen oder Vermutungen deutlicher kennzeichnest.
Bei diesem Kommentar hast du es ja richtig gemacht.
Mir ist das relativ egal, aber Fragesteller und Zaungäste können nicht auf den ersten Blick erkennen, was nur Zwiegespräche sind, die weit über die Frage hinausgehen.
Da hast du einiges falsch verstanden.
Die d-Elektronen sind kreuzförmig, oder haben 2 Hanteln um 90° versetzt.
Und jedes einzelne Elektron hat die Form einer Doppelhantel, auch jedes Elektron in einem Paar. Es ist ein sehr naiver Ansatz, das eine Elektron in einem Teil des Orbitals zu sehen, das andere im anderen.
Und wenn du dich über die Form des dz² wunderst, das ist ein Hybrid aus dx²z² und dy²z². Die sind einzeln auch doppelhantelförmig.
Danke für die Korrektur!
Das Orbitalmodell ist, wie der Name schon sagt, ein "Modell". Es soll also zur Veranschaulichung dienen und hat wie fast alle Modelle in der Chemie schwächen. Zum Einstieg in den Lernprozess der Bindungschemie, meiner persönlichen Meinung nach, dennoch hilfreich. Wenn auch, wie du es nennst, naiv oder einfach, komplexer. ;)
entschuldige, aber was ist ein dz^2 (nebenbei, wie schreibt man bei gf.net eigentlich Hochzahlen?) und wenn wir schon dabei sind, was ist ein dx^2z^2 bzw. ein dy^2z^2?
Die Hochzahlen ² und ³ befinden sich auf jeder Tastatur, ALT+STRG+2 bzw. ALT+STRG+3.
Die anderen kleinen hoch- und tiefgestellen Ziffern und Buchstaben in jeder handelsüblichen Unicode-Tabelle. Einfach suchen nach "Unicode hoch tief" und Wikipedia-Link folgen.
Die gängigen Ziffern sowie + und - sollten großteils für (fast) alle lesbar sein: ⁰¹²³⁴⁵⁶⁷⁸⁹⁺⁻ ₀₁₂₃₄₅₆₇₈₉₊₋
Und das mit dem z² ging erst mal nicht an dich, und ich habe es in meiner Antwort vertieft.
Damit du am Wochenende keine Langeweile hast.
Wirklich brauchen wirst du das kaum, aber darauf höst du ja nicht ;-)
Es ist ein Unterschied, die Schwächen eines Modells zu erkennen, oder es schlicht und einfach nicht verstanden zu haben.
Und wenn du es verstanden hast, ist es sehr riskant, es zur Erklärung soweit abzuwandeln, dass es falsch wird.
Manch einem hilft das vielleicht, andere schickt es auf eine völlig falsche Fährte.
Ich zitiere einfach mal eine Aufgabe aus einer Altklausur, damit Sie verstehen, warum ich derart am Verzweifeln bin.
"Erstellen Sie ein qualitatives MO-Schema für das Flourmolekül. Geben Sie an, was auf der Achse aufgetragen ist und beschriften Sie die Atom- und Molekülorbitale. Tragen Sie mit Hilfe von Pfeilen ein, welche Orbitale wie besetzt sind."
Oder
"Geben Sie die Elektronenkonfiguration von Ga³+ an"
Bei beiden Aufgaben würde ich inzwischen Im Groben und Ganzen verstehen was man eigentlich von mir will, bei der 2. Aufgabe verstehe ich inzwischen sogar die Lösung, aber trotzdem müsste ich, wenn ich jetzt die Klausur schreiben würde, ein großes Fragezeichen hinschreiben.
Zu meiner Verteidigung: ich habe es in dieser Form (1 Elektron im einen, das andere im anderen Teil) gelernt. Entsprechend gehe ich davon aus, wenn es mir ein Chemielehrer beibringt, dass es eine gewisse Richtigkeit besitzt.
Bzgl. der Kreuzform im d-Orbital hast du jedoch recht. Das war mein Fehler, das habe ich anders gelernt.
Weil ich grad so schön dabei bin, Gallium hat ja 31 Elektronen, -3 wegen 3+ macht 28 Elektronen. Die Elektronenkonfoguration schaut nach der Lösung wie folgt aus: 1s²2s²2p^63s²3p^63d^10 (Der Rechner mag offenbar die Zahlen 6-10 nicht) Wieso habe ich jetzt das 3d^10 müsste das nicht eigentlich 3d^84s^2 heißen?
Zur 1. Aufgabe: ich weiß nicht was mit MO(Molekülorbital?)-Schema gemeint ist. Ist das Nachfolgende die Erklärung zu der Formulierung schätze ich, du sollst so etwas machen ( http://www.chem4kids.com/files/elements/art/009_orbital.gif ). Die Aufgabenstellung zu den Pfeilen kannst du dir ja aus meinem vorherigen Link ableiten.
http://www.chem4kids.com/files/elements/art/009_orbital.gif
Die 2. Aufgabe hat den Kniff, dass das Gallium 3+ geladen ist.
Demnach müsstest du nicht die Formulierung für Gallium, sondern für Nickel aufschreiben, weil das Element zwar Gallium entspricht, jedoch die Elektronenanzahl im Element dem von Nickel (Gallium - 3e-)
Ich gehe mal davon aus, dass Orbitale in der praktischen Arbeit keinen Schwa...ger interessieren?
Jap, sollte es ;)
Jedoch erst 4s^2 dann 3d^8..
Wobei ich grade nicht sicher bin, ob Gallium, wenn es 3e- Ladung besitzt hybridisiert ist, sodass die Orbitale erst komplett einfach besetzt werden würden (das ist das was Newton eben angesprochen hat) und du dann 3d^10 hättest.
Eventuell kann Newton da nochmal was zu sagen.
Es gibt bestimmt immer irgendwo Berufe die damit zu tun haben ;)
Jedoch betone ich, dass es eine Modellvorstellung ist.
Wichtig ist eigentlich im besonderen der Hybridisierungsvorgang, weil man damit erklären kann, warum ein Kohlenstoffatom 4 Bindungen eingehen kann. Das Orbitalmodell haben wir in der Berufsschule eher als Vorbereitung auf die Hybridisierung verwendet.
entschuldige, aber beide Links schicken mich zu einer Übersicht mit der Schalenbesetzung zu Flour, sowas bekomme ich auch noch gebacken. Was unser Prof (oder wer auch immer die Klausuren erstellt) erwartet sah eher wie ein Energie Diagramm aus, auf der Hälfte des Diagramms waren Zur Linken und zur Rechten 3 Striche eingezeichnet, die (wie ich vermute) für die 2p Orbitale stehen, in diesen Strichen waren jeweils senkrecht zwei entgegengesetzte Pfeile (ich vermute dass damit der Spin gemeint ist) unten waren noch 2 Striche die für die 2s Orbitale stehen könnten...aber die Striche zur Linken und zur Rechten waren mit gestrichelten Linien verbunden und was dann darauf zu lesen war kann ich nicht mal beschreiben, da war ein Zeichen das wie pi ausgesehen hat, dann ein Zeichen dass ausgesehen hat wie ein kleines Delta....also da verstehe ich halt echt NUR Bahnhof.
jetzt muss ich wieder blöd fragen, unten schreibst du mir, dass ich Nickel hinzeichnen soll, jetzt ist es doch richtig, ich bin verwirrt .Ist dann die musterlösung vom Prof falsch?
Danke nochmals
Ich schreibe es mal verkürzt:
4s^2 3p^4 entspricht Elektronenmengen-technisch dem gleichen Element wie 4s^1 3p^5. Lediglich der "Aufenthaltsort" der Elektronen im jeweiligen Orbital ist verschieden.
Verwendest du in deinem konkreten Beispiel 4s^2 3d^8 hast du die gleiche Eletronenanzahl wiebei 3d^10.
Der Vorgang/Zustand der Hybridisierung spielt bei der Verteilung der Elektronen auf die Orbitale eine entscheidende Rolle. So zumindest in den unteren Elementen, ich weiß nicht wie es sich bei Elementen der Nebengruppen verhält und ob es da diese Art der Hybridisierung überhaupt gibt.
Meinst du eventuell diese Energieniveaus?
http://www.tomchemie.de/aufbau_des_periodensystems.htm
Ich kann mit der Beschreibung leider nicht ganz so viel Anfangen ;) das ist das einzige, was ich kenne, was in die Richtung passt :P
Ich kann hier keine Bilder einfügen, darum musste ich es so beschreiben. Ja, das kommt schon ganz gut hin, die Striche sind zwar Kästchen aber im Grunde ist das ungefähr die Hälfte von dem was ich beschreiben wollte. Nur waren in der Lösung die Diagramme von 2 Flouratomen nebeneinander gezeichnet und dazwischen wurde nochmal ein Schema zum... Molekülorbital?...gezeichnet, das ich nicht interpretieren kann.
wenn man flour googelt findet man das Diagramm auf der wiki zu flour
Schau dir mal den "Experten Kommentar" von Newton dazu an. Die Besetzung der Orbitale richtet sich nach dem Energieaufwand.
Er verwendet auch die Termini zu den z und y-Abschnitten!
Das Hilft dir bestimmt besser als ich es noch könnte ;)
Das Blöde an der Geschichte ist...ich verstehe eure Kommentare immer nur zur Hälfte, ich weiß im Grunde noch immer nicht was es mit x, y und z auf sich hat, ich geh mal davon aus, dass es was mit dem Koordinatensystem mit 3 Achsen zu tun hat, und dass die Zahlen beschreiben, wie die Keulen der Handeln dazwischen liegen...aber wie ich jetzt genau die Lage anhand der Zahl erkennen soll...KA.
Du sollst das auch gar nicht verstehen, selbst wenn du es sogar richtig deutest, dass x, y, und z die 3 Raumkoordinaten sind.
Und in der Praxis sind das meist die Achsen von Bindungen.
Du brauchst es nicht mal zu lesen.
Ich habe nur die Schwierigkeit zu entscheiden, ob ich durch eine Fehlerkorrektur ein falsches Verständnis verhindere oder den Fragesteller noch mehr in Verwirrung stürze.
Fast immer entscheide ich mich für eine Korrektur.
Denn es mag schlimm sein, wenn die Antworten hier unverständlich sind.
Schlimmer finde ich es aber, wenn man sich auf die Richtigkeit nicht verlassen kann.
Worin lagen genau meine Fehler in der Erklärung, die ich zuerst abgeliefert habe, dass du eingeschritten bist und es differenzierter und exakter beschrieben hast?
Dass ich das Modell von "Elektron oben, Elektron unten" vermittelt habe, dass ich für das d-Orbital die Hantel und nicht das Kreuz als Form angesprochen habe, oder noch etwas anderes?
Rein für mich, damit ich es beim nächsten mal besser weiß :)
Gallium hat 2 4s-Elektronen und 1 4p-Elektron.
Die werden maximal abgegeben.
Die 3d-Elektronen sind da im Energieniveau längst unangreifbar.
Denn die energetische Reihenfolge 4s / 3d kehrt sich irgendwann um, und beim Ga ist sie längst komplett umgekeht.
Im Grunde habe ich dir alles genannt.
Nur auf die Hybridisierung kommst du immer wieder zurück, obwohl die mit dem Thema erst mal nichts zu tun hat.
Denn die 4s-, 3d- und 4p-Orbitale werden einfach erst mal nur betrachtet, also deren Besetzungsreihenfolge und die Verschiebung der Energieniveaus.
Kompliziert wird das durch Anomalien (wie im Cr) und wenn die 3d-Orbitale dann doppelt besetzt werden, auch nicht ganz ohne Anomalien.
Oder wenn keine neutralen Atome, sondern Ionen betrachtet werden, mit - du rätst es - Anomalien.
Die Hybride kommen erst dann ins Spiel, wenn Bindungen betrachtet werden.
Und die Hybride der d-Orbitale unteinander und mit s- und p-Orbitalen dementspechend erst dann, wenn auch d-Orbitale bei den Bindungen "mitmischen".
Einerseits bin ich versucht, auch dir zum "Abschalten" und "Sacken lassen" zu raten.
Andererseits, wenn du es gar nicht lassen kannst, ermittle mal die Formen von dsp²- und d²sp³-Hybridorbitalen.
Aber bitte nicht vor Montag! Also auch dir ein schönes Wochenende!
Ich beherzige deinen Rat ;)
Dir auch ein schönes Wochenende und danke nochmal für die Zusammenfassung!
Genau, es gibt 5 d-Orbitale, deren Form du ganz schnell googlen kannst.
Die Reihenfolge der Orbitalbesetzung ordnet sich nach niedrigster Energien und manchmal auch nach Symmentrie:
https://www.univie.ac.at/physikwiki/images/thumb/0/01/Energieniveaus.png/367px-Energieniveaus.png
Um sich das zu merken gibts das sog. Aufbauprinzip:
https://de.wikipedia.org/wiki/Aufbauprinzip
lg
Du willst wirklich so tief einsteigen? Sie dir unterpunkt 3 an
Also reicht nicht: Pauliprinzip für n l m s,
l <n , m von - l bis +l, s = +- 1/2 und daraus die Besetzungsmöflichkeiten ausrechnen?!
Korrektur: Der Wulst ist natürlich in x- und y-Richtung.