Elektronenkonfiguration Kupfer?
Warum ist die Konfiguration
[Ar]4s^1 3d^10
und nicht
[Ar]4s^2 3d^9
?
2 Antworten
Die Besetzung der verschiedenen Orbitale wird durch die Hund‘schen Regeln und das Pauli Prinzip klar vorgegeben.
Eine der Hund‘schen Regel sagt, dass voll- und halbbesetzte Unterschalen energetisch besonders günstig sind.
Daher ist es energetisch vorteilhafter hier 4s1 3d10 zu befüllen (eine halbbesetzte und eine vollbesetzte Unterschale) anstelle von 4s2 3d9.
Das selbe sieht man auch schon vorher bei Chrom: Zunächst möge man denken, dass es 4s2 3d4 wäre, tatsächlich ist es aber 4s1 3d5 (zwei halbbesetzte).
Ausnahmen bestätigen die Regel.
Zwischen dem 1s und dem 2s Orbital ist ein vergleichsweise großer Energieunterschied. Das trägt natürlich dazu bei, diese werden daher einzeln betrachtet. Dadurch, dass das 3d und das 4s Orbital energetisch fast identisch sind, muss man eben beide betrachten. Dann gilt, dass halb- und vollbesetzte Unterschalen energetisch günstiger sind, daher ist 4s1 3d10 energetisch günstiger als 4s2 3d9.
In dem Fall kombiniert man quasi die Betrachtung der Hundschen Regeln für beide Orbitale
Die Elektronenkonfiguration von Kupfer ist \([Ar]4s^1 3d^{10}\) statt \([Ar]4s^2 3d^9\), weil ein vollständig gefülltes \(3d^{10}\)-Orbital stabiler ist als ein \(3d^9\)-Orbital. Die zusätzliche Stabilität überwiegt die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron vom \(4s\)- zum \(3d\)-Orbital zu verschieben.
Aber gilt die Hundsche Regel nicht nur für die einzelnen Nebenquantenzahlen (Unterorbitale)? Denn wenn dies so ist, dann müsste man doch das 4s Orbital und das 3d Orbital unabhängig von einander sehen. Somit würde man ja dann erstmal das 4s Orbital nach dem Aufbau-Schema als erstes füllen und dann die restlichen 9 Elektronen auf 3d aufteilen. Dabei würde man doch erst die 5 3d Orbitale mit jeweils einem Elektron versorgen und dann beim zweiten Mal die restlichen 4 Elektronen auf 4 der 5 3d Orbitale. Somit würde am Ende ja ein 3d Orbital ein Elektron weniger haben im Vergleich zu den anderen 3d Orbitalen.