MINT lernen

Atommodell: Orbitalmodell

Ein Elektron läuft nicht auf einer Bahn. Man kann nur noch angeben, wo es sich mit welcher Wahrscheinlichkeit aufhält — daraus wird die Elektronenwolke.

1

Erklärung — Atommodell: Orbitalmodell

Bohrs Schalen erklären viel. Nur eines stimmt nicht: Ein Elektron läuft nicht auf einer Kreisbahn.

Eine Bahn zu kennen hieße: Ort und Bewegung jederzeit kennen — wie bei einem Planeten.

  • Grenze:Je genauer der Ort, desto ungenauer die Bewegung.
  • Ursache:Das liegt an der Natur selbst, nicht an schlechten Messgeräten.
  • Bild:Ein laufender Ventilator zeigt statt Flügeln eine graue Scheibe, innen dichter, außen dünner.
  • Ab 1928:Man gibt an, wo das Elektron häufig und wo es selten ist.
  • Neue Frage:Nicht „Wo ist das Elektron?“, sondern „Wo findet man es wie oft?“
Bohr (1913): feste Bahn Das Elektron ist genau hier – auf dem Kreis. Orbitalmodell (1928): Wolke Das Elektron ist irgendwo – innen oft, außen selten.
Gleiches Atom, zwei Bilder. Der gestrichelte Kreis rechts ist keine Bahn, sondern die 90-%-Grenze: das Orbital.

So entsteht die Wolke

Eine einzelne Ortsmessung liefert nur einen Punkt.

  • Momentaufnahme:Eine Messung ergibt genau einen Ort.
  • Zufall:Beim nächsten Atom liegt der Punkt woanders, nicht vorhersagbar.
  • Vorhersagbar:Nur, wie oft ein Bereich getroffen wird — die Aufenthaltswahrscheinlichkeit.
  • Ergebnis:Tausende Momentaufnahmen übereinander ergeben die Elektronenwolke.
1 Messung 40 Messungen Hunderte Messungen
Jede Messung: ein Punkt, unvorhersagbar. Viele Messungen: ein Muster. Die Wolke zeigt die möglichen Orte eines Elektrons.

Was ein Orbital ist

Die Wolke hat keinen Rand — ganz außen wird die Wahrscheinlichkeit winzig, aber nie null. Damit man trotzdem von einer Größe sprechen kann, zieht man eine Grenze:

Merksatz
Ein Orbital ist der Raum um den Kern mit ca. 90 % Aufenthaltswahrscheinlichkeit.
90 %

Eine Vereinbarung, kein Naturgesetz.

Außerhalb

Dort ist das Elektron nicht verboten, nur selten.

  • 1s-Orbital:Das innerste, kugelförmige Orbital des Wasserstoffs.
  • Vergleich:Es entspricht Bohrs K-Schale.
  • Weiter außen:Dort gibt es größere und auch hantelförmige Orbitale.
  • Nutzen:Sie erklären in der Chemie die Winkel in Molekülen.
Bohr und Orbital im Vergleich
Bohr (1913)Orbital (1928)
Ort des Elektronsfeste Kreisbahnnur Wahrscheinlichkeit
Bild der Hülledünne RingeWolke: innen dicht, außen dünn
Was bleibt fest?Bahn und Energienur die Energie
Für dieses Kapitel
Radioaktivität spielt sich im Kern ab — Rutherford genügt.
Kern

Isotope, Zerfälle und Halbwertszeit gehören in den Kern.

Hülle

Sie schaut dabei nur zu.

Anspruch

Das Orbitalmodell sollst du kennen, rechnen musst du damit nicht.

Miss selbst: Erst einzeln (jeder Punkt fällt woanders hin), dann hundertfach — ab wann siehst du das Muster?

Momentaufnahmen des Elektrons

90-%-Grenze des Orbitals Kern noch keine Messung
1 Messung

Wenige Punkte: reiner Zufall. Einige hundert: das Muster — innen dicht, außen dünn, ohne Rand. Die Bohr-Bahn erlaubt nur den Kreis, gemessen wird das Elektron aber innen wie außen davon. Der Anteil innerhalb der Grenze pendelt sich bei ca. 90 % ein — daher ihr Name.

2

Hinweise

Drei Stellen, an denen es regelmäßig durcheinandergeht.

Hinweis

Wolke ≠ viele Elektronen

Jeder Punkt ist eine Messung, kein Teilchen. Auch Wasserstoff mit einem einzigen Elektron hat eine Wolke.

Hinweis

Elektron nicht verschmiert

Jede Messung findet ein ganzes Elektron an einer Stelle. Unscharf ist nur unser Wissen, wo es beim nächsten Mal ist.

Hinweis

Orbital hat keinen Rand

Die 90-%-Grenze ist eine Vereinbarung. Außerhalb ist das Elektron seltener, aber nicht verboten.

Videos