Frage an Chemie-Studenten

Benutzer86181 

Sorgt für Gesprächsstoff
Hallo Leute,

Ich bin im ersten Semester Chemie und bisher läufts ziemlich gut. Am Freitag hab ich ne Klausur und ich hab eine Frage bezüglich der Elektronenkonfiguration.

Ein paar Elemente tanzen bei ihrer Konfiguration aus der Reihe.

Zb. Lanthan hat [Xe]5d^1 6s²....obwohl doch zuerst das f-Orbital besetzt werden sollte. Cer hat dann wieder die "normale" Konfiguration und 2 Elektronen im f-Orbital.

Die Chrom-Konfiguration ist auch nicht die, die ich erwarten würde. Hier wird das s-Orbital zugunsten der d-Orbitalen einfach besetzt.

Der Einwand ist, dass Halb bzw. voll besetzte Unterschalen stabiler sind. Warum hat dann aber Flour nicht die p-Orbitale voll besetzt und nur eines im s-Orbital?

Auch die Konfiguration der Elemente von Actinium bis inklusive Berkelium ist für mich nicht ganz nachvollziehbar. :ratlos:

Deshalb meine Fragen:
1. Gibt es irgendwo eine Liste der Elemente, die etwas aus der Reihe tanzen?
2. Kann mir jemand das mit den halb- und vollbesetzten Unterschalen erklären? Wann greift diese Regel und wann nicht? (Beispiel Chrom vs. Flour)
 

Benutzer87580 

Sorgt für Gesprächsstoff
Ich studiere zwar nciht Chemie, aber wir mussten das auch alles lernen :smile:

Die, die aus der Reihe tanzen, sind auf jeden Fall die Nebengruppenelemente und später noch paar andere.

Flour ist ganz normal besetzt, weil da die p-Orbitale noch auf einem höheren Energieniveau als die s-Orbitale sind. Das ändert sich mit zunehmender Anzahl an Schalen. Die Abstände der Energieniveaus werden immer kleiner, je höher du gehst.
Sicher, dass ihr die alle können müsst? Ich glaube nicht..


edit: Flour liegt ja ziemlich niedrig und es haut mit der Regel, dass die Obritale der Reihe nach befüllt werden, noch hin
Fluor [He] 2s2 2p5

Chrom ist schon das erste Element in den Nebengruppen und das 4s Orbital liegt schon etwas unter dem d-Orbital.
Chrom [Ar] 3d5 4s


edit2:
Wenn du die wirklich alle können musst (okay, mussten wir doch irgendwie, aber war mir zu blöd), dann kannst du ja die energetische Abfolgre auswendig lernen. Dann musst du halt jedes mal neu überlegen, wie das jetzt aussieht, aber ist wohl weniger Aufwand, als die ganzen Konfigurationen der Ausnahmen zu lernen.

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p


edit3 (Jetzt is aber Schluss):
Das Bild ist einfacher, hatten sich auch einige bei mir so gemerkt:
http://www.chem.queensu.ca/people/faculty/mombourquette/FirstYrChem/atomic/image145.gif
 

Benutzer32702 

Verbringt hier viel Zeit
Ganz genau: Fluor ist kein Nebengruppenelement, und steht zudem noch in der 2. Periode, wo du sogar noch mit dem Borschen Atommodell arbeiten kannst. So weit oben im PSE findest du nie Ausnahmen.
 

Benutzer78484 

Planet-Liebe-Team
Moderator
Wenn man die vier Hundschen Regeln (aus der Atomphysik) verwendet, gibts da keine Ausnahmen.
 

Benutzer86181 

Sorgt für Gesprächsstoff
Ich studiere zwar nciht Chemie, aber wir mussten das auch alles lernen :smile:

Die, die aus der Reihe tanzen, sind auf jeden Fall die Nebengruppenelemente und später noch paar andere.

Flour ist ganz normal besetzt, weil da die p-Orbitale noch auf einem höheren Energieniveau als die s-Orbitale sind. Das ändert sich mit zunehmender Anzahl an Schalen. Die Abstände der Energieniveaus werden immer kleiner, je höher du gehst.
Sicher, dass ihr die alle können müsst? Ich glaube nicht..


edit: Flour liegt ja ziemlich niedrig und es haut mit der Regel, dass die Obritale der Reihe nach befüllt werden, noch hin
Fluor [He] 2s2 2p5

Chrom ist schon das erste Element in den Nebengruppen und das 4s Orbital liegt schon etwas unter dem d-Orbital.
Chrom [Ar] 3d5 4s


edit2:
Wenn du die wirklich alle können musst (okay, mussten wir doch irgendwie, aber war mir zu blöd), dann kannst du ja die energetische Abfolgre auswendig lernen. Dann musst du halt jedes mal neu überlegen, wie das jetzt aussieht, aber ist wohl weniger Aufwand, als die ganzen Konfigurationen der Ausnahmen zu lernen.

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p


edit3 (Jetzt is aber Schluss):
Das Bild ist einfacher, hatten sich auch einige bei mir so gemerkt:
http://www.chem.queensu.ca/people/faculty/mombourquette/FirstYrChem/atomic/image145.gif

Erstmal danke.....die Orbitalabfolge kann ich natürlich :zwinker:

Und genau da ist doch das Problem bei Chrom: Energetisch müsste erst das 4s-Orbital aufgefüllt werden und dann erst das 3d. Beim Chrom wandert aber ein Elektron vom 4s zum 3d, das dann halb besetzt ist.

Beim Lanthan dasselbe: die Konfiguration sollte eigentlich lauten "[Xe]6s² 4f^1".......statt dessen hat Lanthan aber ne Konfiguration von "[Xe]6s² 5d^1".

Wenn man alles nach dem normalen Schema auffüllt, dann passieren Fehler, wie eben beim Lanthan. Woher soll ich denn wissen, dass beim Lanthan statt dem "f" das "d" Orbital aufgefüllt wird?
Darum meine Frage: Gibt es irgendwo eine Liste der Elemente, die nicht dem "normalen" Schema entsprechen?
 
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Benutzer

Gast
Off-Topic:
Wenn man die vier Hundschen Regeln (aus der Atomphysik) verwendet, gibts da keine Ausnahmen.

Soweit ich weiß, ist das nicht korrekt. Den Hundschen Regeln liegt z. B. die Annahme zugrunde, daß LS-Kopplung vorliegt. Das ist aber bei schweren Elementen zunehmend nicht mehr der Fall, sondern da geht das ganze in die jj-Kopplung über.


Wenn man alles nach dem normalen Schema auffüllt, dann passieren Fehler, wie eben beim Lanthan. Woher soll ich denn wissen, dass beim Lanthan statt dem "f" das "d" Orbital aufgefüllt wird?
Darum meine Frage: Gibt es irgendwo eine Liste der Elemente, die nicht dem "normalen" Schema entsprechen?

Ich denke mal die "Fehler" rühren daher, daß die fraglichen Orbitale energetisch sehr dicht beieinander liegen, und zwar so dicht, daß andere Wechselwirkungsenergien dazu führen, daß sich letzten Endes doch das zunächst energetisch höher liegende/ungünstigere Orbital als das energetisch niedriger liegende/günstigere herausstellt.

Die "normale" Orbitalfolge erhält man ja aus einer Hartree-Fock-Rechnung, in der lediglich die Coulombwechselwirkung berücksichtigt wird. Die restlichen Wechselwirkungen werden alle ignoriert. Wenn nun zwei Energieniveaus aus dieser Näherungsrechnung sehr dicht beieinander liegen, dann kann es eben sein, daß die Störungen aus den anderen Wechselwirkungen betragsmäßig sogar größer sind als diese Niveauunterschiede. Die Hundschen Regeln würden dann auch hier stellenweise verletzt, da man für deren Anwendung ja auch voraussetzen muß, daß die Orbitalniveaus hinreichend weit auseinander liegen.

Wann genau immer diese Ausnahmen auftreten, kann man nicht einfach bestimmen. Und eine Auflistung der Ausnahmen kenne ich jetzt nicht, allerdings bin ich auch kein Chemiker.
 

Benutzer78484 

Planet-Liebe-Team
Moderator
Off-Topic:


Soweit ich weiß, ist das nicht korrekt. Den Hundschen Regeln liegt z. B. die Annahme zugrunde, daß LS-Kopplung vorliegt. Das ist aber bei schweren Elementen zunehmend nicht mehr der Fall, sondern da geht das ganze in die jj-Kopplung über.
Jo, das stimmt wohl mit der jj-Kopplung, gilt aber nur für die ganz schweren Elemente.

Ansonsten muss ich mich korrigieren, die Hundschen Regeln alleine reichen nicht, man muss auch wissen, wie die einzelnen Niveaus energetisch angeordnet sind.
http://wiki.zum.de/Benutzer:Jgriesar/Chemie_11-13/Elektronenverteilung_und_PSE_der_Elemente_-_Aufbauprinzipien
 
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Benutzer

Gast
Ansonsten muss ich mich korrigieren, die Hundschen Regeln alleine reichen nicht, man muss auch wissen, wie die einzelnen Niveaus energetisch angeordnet sind.
http://wiki.zum.de/Benutzer:Jgriesar/Chemie_11-13/Elektronenverteilung_und_PSE_der_Elemente_-_Aufbauprinzipien

Genau das ist dem Threadstarter doch schon längst bekannt. Der Punkt ist, daß es gerade an dieser Stelle, also was die energetische Anordnung der Niveaus angeht, Ausnahmen gibt. Eine solche Ausnahme ist das Lanthan.

Lanthan hat die Elektronenbesetzung [Xe] 6s^2 5d^1, d. h. das letzte Elektron wird in die 5d-Schale eingebaut, obwohl diese laut deinem Link energetisch höher liegt als die ebenso freie 4f-Schale. Zu Erwarten wäre also eigentlich die Elektronenbesetzung [Xe] 6s^2 4f^1.

Die Antwort auf die Frage, warum das letzte Elektron beim Lanthan wider Erwarten nicht in die 4f-Schale sondern in die 5d-Schale eingebaut wird, kann dir keine Hundsche Regel geben, da sich die Hundschen Regeln mit einem vollkommen anderen Problem befassen.

Die Antwort lautet, daß für das zuletzt eingebaute Elektron die 4f-Schale nur näherungsweise niedriger als die 5d-Schale liegt, nämlich solange man lediglich die Coulomb-Wechselwirkung berücksichtigt.

Diese Näherung liefert einem diese ominöse Orbitalabfolge, die von und vor dir hier bereits mehrfach gepostet wurde. Diese Näherung ist zwar sehr, sehr gut, trotzdem ergeben sich aber in vereinzelten Fällen immer noch kleinere Abweichungen.
 
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