Warum wird 4s vor 3d aufgefüllt?

Nach der n+ℓ-Regel liegt beim neutralen Atom im Grundzustand 4s (n+ℓ = 4) unter 3d (n+ℓ = 5). Sobald 3d sich zu füllen beginnt, steigt das 4s-Niveau, und bei der Ionisation verlassen die Elektronen gewöhnlich zuerst 4s.

Was bedeuten die Pfeile nach oben und unten?

Das sind Elektronen mit der Spinprojektion +1/2 und −1/2. Nach dem Pauli-Prinzip sitzen auf einem Orbital zwei Elektronen nur mit entgegengesetztem Spin, daher zeichnet man sie als Paar „oben–unten“.

Gibt es hier Ionen und angeregte Zustände?

Nein. Gebaut wird die Grundzustandskonfiguration des neutralen Atoms nach der n+ℓ-Reihenfolge. Für ein Ion oder eine Anregung müsste man Elektronen entfernen oder auf ein höheres Niveau heben — das ist eine andere Aufgabe.

Warum füllt man nach Hund zuerst verschiedene Orbitale?

Elektronen stoßen sich ab. Sie auf entartete Orbitale zu verteilen und die Spins parallel zu halten, ist günstiger, als sofort ein Paar auf ein Orbital zu setzen: die Paarung kostet zusätzliche Energie.

Elektronenkonfiguration

Auffüllen der Orbitale: n+ℓ-Regel, Pauli-Prinzip und Hundsche Regel.

Vorhersage nach dem Aufbauprinzip

1s²2/2 e⁻

2s²2/2 e⁻

2p⁶6/6 e⁻

3s²2/2 e⁻

3p⁴4/6 e⁻

Referenz (Datensatz)

1s²2/2 e⁻

2s²2/2 e⁻

2p⁶6/6 e⁻

3s²2/2 e⁻

3p⁴4/6 e⁻

Kompaktschreibweise

1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Sulfur or sulphur (see spelling differences) is a chemical element with symbol S and atomic number 16. It is an abundant, multivalent non-metal. Under normal conditions, sulfur atoms form cyclic octatomic molecules with chemical formula S8.

Zum Modell

Die Elektronenkonfiguration eines Atoms ist die Verteilung der Elektronen auf die Orbitale im Grundzustand. Die Auffüllreihenfolge gibt die n+ℓ-Regel: zuerst die kleinere Summe n+ℓ, bei Gleichheit das kleinere n; daraus die Folge 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, … Das Pauli-Prinzip: auf einem Orbital höchstens zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin. Die Hundsche Regel: in einer Unterschale besetzen die Elektronen zuerst verschiedene Orbitale mit parallelen Spins, danach erfolgt die Paarung. Die Orbitale sind als Kästen fester Energie dargestellt; die Verschiebung der Niveaus im Mehrelektronenatom wird nicht berechnet. Die Referenzzeile nimmt tabellierte Konfigurationen: bei Cr, Cu, Mo, Pd und einigen anderen wechselt ein s-Elektron auf d (oder f), und die Vorhersage nach n+ℓ weicht vom Befund ab.

Für wen: Gymnasium Klasse 9–11 und allgemeine Chemie: Atombau und Periodizität.

Wichtige Begriffe

Elektronenkonfiguration
n+ℓ-Regel
Pauli-Prinzip
Hundsche Regel
Hauptquantenzahl
Orbital
Prinzip der kleinsten Energie

So funktioniert es

Mit wachsendem Z füllen die Elektronen die Unterschalen nach der n+ℓ-Regel. Im Schema stehen Orbitalkästen und Spinpfeile. Die Referenzzeile vergleicht diese Vorhersage mit der tabellierten Konfiguration: bei Cr, Cu und anderen gibt es Ausnahmen.

Wichtige Gleichungen

Reihenfolge: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → …

Häufige Fragen

Warum wird 4s vor 3d aufgefüllt?: Nach der n+ℓ-Regel liegt beim neutralen Atom im Grundzustand 4s (n+ℓ = 4) unter 3d (n+ℓ = 5). Sobald 3d sich zu füllen beginnt, steigt das 4s-Niveau, und bei der Ionisation verlassen die Elektronen gewöhnlich zuerst 4s.
Was bedeuten die Pfeile nach oben und unten?: Das sind Elektronen mit der Spinprojektion +1/2 und −1/2. Nach dem Pauli-Prinzip sitzen auf einem Orbital zwei Elektronen nur mit entgegengesetztem Spin, daher zeichnet man sie als Paar „oben–unten“.
Gibt es hier Ionen und angeregte Zustände?: Nein. Gebaut wird die Grundzustandskonfiguration des neutralen Atoms nach der n+ℓ-Reihenfolge. Für ein Ion oder eine Anregung müsste man Elektronen entfernen oder auf ein höheres Niveau heben — das ist eine andere Aufgabe.
Warum füllt man nach Hund zuerst verschiedene Orbitale?: Elektronen stoßen sich ab. Sie auf entartete Orbitale zu verteilen und die Spins parallel zu halten, ist günstiger, als sofort ein Paar auf ein Orbital zu setzen: die Paarung kostet zusätzliche Energie.

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