Zum NachschlagenZurück zur ErklärungKeine Bahn, sondern eine Wolke — Orbitalformen, Knoten und Quantenzahlen nachlesen.
Für FortgeschritteneZu den AbituraufgabenZwei komplexe Aufgaben im Stil der IQB-Abiturprüfung mit Erwartungshorizont.
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Übungsaufgaben
1Eigenschaften den Orbitalen zuordnenAFB I
Ordnen Sie jede Eigenschaft dem passenden Orbital zu.
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
11s
22s
32p
Die Zuordnung folgt zwei Regeln, die man nicht auswendig lernen muss: Die Form steckt in l (l = 0 ist immer eine Kugel, l = 1 immer eine Hantel), die Anzahl der Orientierungen ist 2l + 1. Daraus folgt sofort, dass es genau ein 1s, ein 2s und drei 2p gibt. Die Knoten ergeben sich ebenso aus der Regel n − l − 1 Kugeln und l Ebenen — für 2s also eine Kugel, für 2p eine Ebene.
2Aussagen zum Orbitalmodell prüfenAFB I
Entscheiden Sie bei jeder Aussage, ob sie stimmt.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Die erste und die vierte Aussage sind die typischen Stolperstellen. Bei der ersten wirkt das Bild einer Wolke immer noch wie eine „verschmierte Bahn“ — tatsächlich verzichtet die Quantenphysik ganz auf den Ortsbegriff vor der Messung. Bei der vierten überträgt man unbewusst das Chemiewissen aus Mehrelektronensystemen, wo 2p tatsächlich über 2s liegt. Beim Wasserstoff mit nur einem Elektron gibt es diese Aufspaltung nicht.
3Quantenzahlen und Orbitale verbindenAFB II
Verbinden Sie jede Angabe mit dem, was sie festlegt.
Klicke links einen Begriff an und dann rechts den Partner — es entsteht eine Verbindungslinie.
Die drei Quantenzahlen bilden eine Hierarchie: n legt fest, wie viele Formen es überhaupt geben kann (l < n), l legt fest, wie viele Orientierungen möglich sind (2l + 1). Deshalb wächst die Zahl der Orbitale mit n²: bei n = 1 genau eines, bei n = 2 schon vier, bei n = 3 neun. Die beiden Rechenregeln unten sind keine Zusatzinformation, sondern folgen direkt aus den erlaubten Wertebereichen von l und m.
4Nach dem wahrscheinlichsten Abstand ordnenAFB II
Ordnen Sie die vier Angaben nach zunehmendem wahrscheinlichstem Abstand vom Kern (oben der kleinste).
Ziehe die Zeilen mit der Maus oder verschiebe sie mit den Pfeil-Buttons, bis die Reihenfolge stimmt.
11s-Orbital (53 pm)
2Knotenkugel des 2s-Orbitals (106 pm)
32p-Orbital (212 pm)
42s-Orbital (277 pm)
Zwei Dinge fallen auf. Erstens liegt die Knotenkugel des 2s genau bei 2·a₀ — dort ist die Wahrscheinlichkeit null, obwohl sie davor und dahinter positiv ist. Zweitens liegt das 2p-Maximum bei 4·a₀ und damit näher am Kern als das 2s-Maximum bei etwa 5,2·a₀, obwohl beide zur selben Schale gehören. Das 2s-Orbital hat dafür einen kleinen zusätzlichen Bereich dicht am Kern — genau dieser Unterschied sorgt in Atomen mit mehreren Elektronen dafür, dass 2s energetisch günstiger liegt als 2p.
5Ein Orbital identifizierenAFB III
Ein Zustand des Wasserstoffatoms wird beschrieben durch: kugelsymmetrische Aufenthaltswahrscheinlichkeit, eine Knotenkugel bei \(106\,\mathrm{pm}\), Energie \(-3{,}40\,\mathrm{eV}\).
Untersuchen Sie Schritt für Schritt, um welches Orbital es sich handelt.Spiele die Auswertung Schritt für Schritt durch: Was folgt als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Die Kette zeigt, wie man ein Orbital aus Messgrößen erschließt: Energie → n, Symmetrie → l, n und l → Knoten und Orientierungen. Der vierte Schritt ist die eigentliche Kontrolle: Die Angabe „106 pm“ war keine Zusatzinformation, sondern eine Prüfgröße, die zu 2s passen musste. Gesucht war also das 2s-Orbital. Beachte, dass die Energie allein nicht ausgereicht hätte — 2s und 2p haben im Wasserstoff dieselbe Energie und lassen sich nur über die Form unterscheiden.
6Was ein Orbital istAFB I
Wählen Sie alle zutreffenden Aussagen aus.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
53 pm ist der wahrscheinlichste Abstand, keine Bahn. Zu n = 1 gibt es nur l = 0 und m = 0 — also ein einziges Orbital.
7Orbitale zählenAFB II
Für n = 3 sind l = 0, 1, 2 möglich, zu jedem l gibt es die Werte m = −l, …, +l. Bestimmen Sie die Anzahl der Orbitale zu n = 3.
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Brüche wie 3/8 sind erlaubt.
l = 0: 1, l = 1: 3, l = 2: 5 Orbitale — zusammen 9 = 3². Allgemein gibt es zu n genau n² Orbitale.
8Erlaubte Quantenzahlen?AFB II
Kreuzen Sie an, ob die Kombination erlaubt ist (l = 0 … n − 1, m = −l … +l).
Setze in jeder Zeile alle zutreffenden Kreuze — es können mehrere pro Zeile sein. Enter setzt und löscht, Pfeiltasten wandern.
| Kombination | erlaubt | nicht erlaubt |
|---|---|---|
| n = 2, l = 1, m = 0 | ||
| n = 1, l = 1, m = 0 | ||
| n = 2, l = 0, m = 0 | ||
| n = 2, l = 1, m = 2 | ||
| n = 3, l = 2, m = −2 | ||
| n = 1, l = 0, m = 1 |
l ist immer kleiner als n, und |m| darf nie größer als l sein. Wer eine Regel verletzt, beschreibt kein Orbital.
9Lückentext zu den QuantenzahlenAFB I
Vervollständigen Sie den Text — ein Wort bleibt übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Die Hauptquantenzahl n legt beim Wasserstoff die fest, die Nebenquantenzahl l die und die Magnetquantenzahl m die des Orbitals. Ein s-Orbital ist , ein p-Orbital .
Eine Bahngeschwindigkeit gibt es im Orbitalmodell nicht — das Elektron hat vor der Messung keinen Ort und keine Bahn.
10Fehler im ReferatAFB III
Auszug aus einem Referat über das Wasserstoffatom. Finden Sie die falschen Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Alle drei Fehler kommen aus dem Bahnmodell: feste Bahn, scharfer Rand, Energie abhängig von der Form.