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

Abschnitt 7.6 PHYSIK IV 269als die Elektronen der abgeschlossenen Ne-Schale. Dies zeigt sich im sprunghaften Anstieg des Atomdurchmesserszwischen Ne und Na (siehe Abb. 7.12a). Das sich weiter außen befindende 3s-Elektronsieht außerdem ein von der verbleibenden Ne-Edelgaskonfiguration gut abgeschirmtes Kernpotenzial.Das heißt, es liegt ein großes r n und ein kleines Z eff vor, was insgesamt in eine kleinen Ionisierungsenergieresultiert. 12ÜbergangselementeWir haben bereits gesehen, dass beim Aufbau der Elektronenhülle einige Unregelmäßigkeiten auftreten.So wird z.B. bei Z = 18, obwohl in der M-Schale noch die 3d-Unterschale leer ist, mit dem Auffüllender 4s-Unterschale begonnen. Dieses verfrühte Auffüllen der 4s-Unterschale bedeutet, dass es energetischgünstiger ist, das nächste Elektron in die 4s- statt in die 3d-Unterschale einzubauen. Diese Abweichungenvom einfachen Aufbauprinzip der Elektronenhülle haben ihre Ursache in der Elektron-Elektron-Wechselwirkung. Zustände mit kleinerem l tauchen stärker in die Elektronenhülle ein (siehe Abb. 7.3 undDiskussion zur Aufhebung der l-Entartung) und sehen dadurch eine weniger abgeschirmte Kernladung.Dies führt zu einer größeren Bindungsenergie und damit energetisch tieferliegenden Energieniveaus.Bei Z = 36 (Krypton) liegt wieder eine Abweichung vor. Nachdem die 4s- und die 4p-Unterschale beiKrypton gefüllt ist, wird beim Rb (Z = 37) zuerst die 5s-Unterschale aufgefüllt. Die 4d-Unterschalewird dann erst zwischen Z = 39 und 48 aufgefüllt. Dann folgt die 5p-Unterschale und nicht die 4 f -Unterschale.Bei Z = 54 (Xenon) liegt wiederum eine Abweichung vor. Nachdem die 5s- und die 5p-Unterschale beiXenon ganz gefüllt wurde, wird beim Cs (Z = 55) und Ba (Z = 56) zuerst die 6s-Unterschale aufgefüllt.Dann erst folgt die 4 f - und 5d-Unterschale zwischen Z = 57 und 80 (Quecksilber) und anschließend die6p-Unterschale.Bei Z = 86 (Radon) liegt die nächste Abweichung vor. Nachdem die 6s- und die 6p-Unterschale ganzgefüllt sind, wird beim Francium (Z = 87) und Radium (Z = 88) zuerst die 7s-Unterschale aufgefüllt.Dann erst folgen die 5 f - und 6d-Unterschale.Interessant ist, dass der Radius der Unterschalen offenbar in etwa proportional zur Hauptquantenzahln leicht anwächst. Das bedeutet, dass z.B. bei dem nachträglichen Einbau der Elektronen in die 3d-,4d-, 5d-, 4 f - und 5 f -Schale offenbar Zustände besetzt werden, die eine geringere radiale Ausdehnungbesitzen als die bereits vorab besetzten s und p-Unterschalen mit höherem n. Man spricht deshalb hiervon inneren Schalen:innere Unterschalen: 3d, 4d, 5d, 4 f , 5 f (7.6.7)Diejenigen Elemente, bei denen die inneren Unterschalen aufgefüllt werden, bezeichnet man alsÜbergangselemente. Sie zeichnen sich durch spezielle chemische und magnetische Eigenschaften aus.12 Genaue Daten zu den Atomeigenschaften können gefunden werden in:J. Emsley, The Elements, Oxford University Press, Oxford (1996).C. C. Li, T. A. Carlson (eds.), Atomic Data 1-3, Academic Press, New York (1973).2003