Orbitalmodell im gymnasialen Chemieunterricht MINT-LERNZENTRUM

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1 Orbitalmodell im gymnasialen Chemieunterricht

2 Google

3 Kugelwolkenmodell

4 Schrödingergleichung

5 Orbitalmodell

6 Ausgangslage Experiment Folgerung Streuversuch von E. Rutherford (1911) Kern-Hülle-Modell Widerspruch zum Coulomb-Gesetz

7 I. Schalenstruktur Experiment Folgerung Ionisierungsenergien Schalenmodell von N. Bohr (1913)

8 I. Schalenstruktur Experiment Folgerung Flammenfarben, Linienspektren Schalenmodell von N. Bohr (1913) Postulate

9 II. Probleme Niels Bohr Folgerung Postulate Keine kausale Erklärung der Schalenstruktur

10 II. Probleme Naturgesetz Folgerung Unschärfebeziehung von W. Heisenberg (1927) Das Bohr sche Atommodell widerspricht der Unschärfebeziehung

11 Was nun?

12 III. Elektron als Welle Vorhersage Folgerung Louis de Broglie (1924) Wellencharakter des Elektrons

13 III. Elektron als Welle Experimentelle Bestätigung Folgerung Davisson und Germer (1927) Versuch: Beugung der Elektronenwellen Welle-Teilchen-Dualismus Schlüsselerkenntnis bei der Herleitung des Orbitalmodells

14 IV. Orbitalbegriff Elektronen in Atomen Analogie Elektronen in Atomen sind durch die Anziehung zum Kern eingesperrt Versuche mit Gummi- und Kunststoffschläuchen Eingesperrte Wellen in der Musik Nur bestimmte Zustände sind möglich Schalenstruktur der Elektronenhülle

15 IV. Orbitalbegriff Elektronen in Atomen Folgerung Elektronen in Atomen können als dreidimensionale stehende Wellen beschrieben werden Das diskrete Verhalten der Elektronen in Atomen folgt ohne zusätzliche Annahmen aus dem Wellencharakter des Elektrons Kausale Erklärung der Natur

16 IV. Orbitalbegriff Deutung der Wellenfunktion Folgerung M. Born (1926) Berechnung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons aus der Wellenfunktion Die Teile des Raumes um den Atomkern, in welchen sich ein Elektron mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhält, werden als Orbitale bezeichnet Orbitalbegriff

17 Leistungen des Orbitalmodells Elektronen als stehende Wellen Wahrscheinlichkeitsdeutung Diskretes Verhalten der Elektronen in Atomen Kausale Erklärung der Schalenstruktur Keine exakte Beschreibung eines Elektrons Einklang mit der Heisenberg schen Unschärfebeziehung

18 V. Auffüllen der Orbitale Besetzung der Orbitale mit Elektronen Aufbauprinzip 1. Energieprinzip 2. Pauli-Prinzip (Spin) 3. Hundsche Regel Folgerung Zu 1: Schalen, Unterschalen, Kreuzung der Unterschalen (3d/4s) Zu 2: Doppelbesetzung der Wolken Elektronenkonfigurationen aller Elemente

19 VI. Periodensystem der Elemente (R. Deuber) Elektronenkonfigurationen der Elemente Herleitung des Periodensystems Kreuzung der Unterschalen 3d/4s Erklärung des Periodensystems einschliesslich der Existenz der Nebengruppenelemente Kausale Erklärung der Natur

20 VI. Periodensystem

21 Auffüllen der Orbitale Beispiel eines Kapitels

22 Inhalt Hauptdokument Arbeitsblätter für die Lernenden Arbeitsblätter mit Lösungen für die Lehrkraft PowerPoint-Präsentationen Lesetexte

23 V. Auffüllen der Orbitale Besetzung der Orbitale mit Elektronen Aufbauprinzip 1. Energieprinzip 2. Pauli-Prinzip (Spin) 3. Hundsche Regel Folgerung Zu 1: Schalen, Unterschalen, Kreuzung der Unterschalen (3d/4s) Zu 2: Doppelbesetzung der Wolken Elektronenkonfigurationen aller Elemente Herleitung des Periodensystems

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32 Teilchen-Welle-Dualismus Experiment: QSIT-Projekt der ETH Zürich Video

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