Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

266 R. GROSS Kapitel 7: MehrelektronenatomeSchaleKLMNSchaleKLMNOZElement1s2s2p3s3p3d4sZElement1s2s2p3s3p3d4s4p4d5s5p123456789101112131415161718192021202324252627H WasserstoffHe HeliumLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoLithiumBerylliumBorKohlenstoffStickstoffSauerstoffFluorNeonNatriumMagnesiumAluminiumSiliziumPhosphorSchwefelChlorArgonKaliumCalciumScandiumTitanVanadiumChromManganEisenKobalt122222222222222222222222222122222222222222222222222212345666666666666666666122222222222222221234566666666661235567122221222282930313233343536373839404142434445464748495051525354NiCuZnGaGeArSeBrKrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeNickelKupferZinkGalliumGermaniumArsenSelenBromKryptonRubidiumStrontiumYttriumZirkoniumNiobMolybdänTechnetiumRutheniumRhodiumPalladiumSilberCadmiumIndiumZinnAntimonTellurIodXenon22222222222222222222222222222222222222222222222222222266666666666666666666666666622222222222222222222222222266666666666666666666666666681010101010101010101010101010101010101010101010101010212222222222222222222222222123456666666666666666666124567810101010101010101012221111112222222123456Tabelle 7.4: Elektronenanordnung der Elemente im Grundzustand: Z = 1 bis Z = 54.den Zustand (n = 2,l = 0,m = 0) besetzen, wenn sich seine Spinquantenzahl von derjenigen des drittenElektrons unterscheidet. Der Grundzustands des Be ist damit 2 1 S 0 und die Elektronenkonfiguration ist1s 2 2s 2 .Beim Boratom mit Z = 5 ist der Zustand (n = 2,l = 0) bereits gefüllt. Das fünfte Elektron muss deshalbin die 2p-Unterschale (n = 2,l = 1). Sein Grundzustand ist deshalb 2 2 P 1/2 und die Elektronenkonfigurationlautet 1s 2 2s 2 2p 1 . Die nächsten Elemente, Kohlenstoff und Stickstoff können ihre zusätzlichenElektronen noch in die 2p-Unterschale (n = 2,l = 1,m = 0,±1) unterbringen. Hierbei tritt eine Besonderheitauf. Zunächst werden nämlich drei Elektronen mit m s = +1/2 in die 2p-Unterschale eingebracht.Es findet also keine Spinabsättigung in Paaren statt. Die Ursache dafür ist ähnlich wie beim SingulettundTriplett-Zustand des He-Atoms (siehe Abschnitt 7.7.1). Der Zustand mit größerem Gesamtspin besitzteine niedrigere Gesamtenergie als die Zustände mit antiparallelem Spins. Dies liegt daran, dass zweiElektronen mit parallelem Spin einen größeren mittleren Abstand r 12 und damit eine geringere Coulomb-Abstoßungsenergie besitzen. Dieser Sachverhalt ist Teil der Hundschen Regeln (siehe Abschnitt 7.4).Beim Neon ist die gesamte L-Schale besetzt. Der Gesamtdrehimpuls ist L = ∑l i = 0 und der GesamtspinS = ∑s i = 0. Die resultierende Ladungsverteilung ist im zeitlichen Mittel kugelsymmetrisch.Vom Natrium mit Z = 11 beginnt das Auffüllen der M-Schale mit n = 3. Zunächst wird beim Natriumund Magnesium die 3s-Unterschale (n = 3,l = 0) aufgefüllt. Es folgt dann vom Al mit Z = 13 bis zumc○Walther-Meißner-Institut