Lösung: A-0022

Aufgabe 1: Quantenzahlen
a)
Für n=1 sind nur 2 Zustände möglich: aus n=1 folgt l=0 (s-Orbital) mit m=0 (nicht magnetisch). s kann die Werte +1/2 und -1/2 annehmen.

Für n=1 sind 8 Zustände möglich:

• Aus n=1 folgt l=0 (s-Orbital) mit m=0 (nicht magnetisch). s kann die Werte +1/2 und -1/2 annehmen.
• Aus n=2 folgt l=0 oder 1 (s- oder p-Orbital)
  Für l=0 gilt: m=0 (nicht magnetisch). s kann die Werte +1/2 und -1/2 annehmen.
  Für l=1 gilt: m=-1, 0, +1. s kann jeweils die Werte +1/2 und -1/2 annehmen.

b) Der erste Energiezustand (n=1) enthält 2 Elektronen im s-Orbital. Der zweite Energiezustand (n=2) enthält die verbleibenden 5 Elektronen. Davon befinden sich 2 im s-Orbital und die restlichen 3 in den p-Orbitalen.

c) Zu den 8 Zuständen für l=0 und l=1 (s.o.) müssten noch weitere 10 für l=2 hinzukommen:
Aus l=2 folgt: m = -2,..., 2. Außerdem gilt jeweils s=±1/2
Diese 10 Zustände tauchen aber erst in der 4. Periode auf.
Dies lässt sich nur dadurch erklären, dass der d-Zustand in der 3. Periode energetisch unter dem p-Zustand der 4. Periode liegt.

Gäbe es diese Ausnahme nicht, so gäbe es bereits in der 3. Periode Elemente mit bis zu 18 Außenelektronen, was erhebliche Auswirkungen auf unsere Chemie und Physik hätte.

d)

e) Die ab der 3. Periode möglichen d-Formen werden erst ab der 4. Periode aufgefüllt, sobald die ersten zwei Elektronen das s-Orbital besetzt haben. Entsprechend wird das ab der 4. Periode mögliche f-Orbital erst ab der 6. Periode aufgefüllt.
Diese zwei "verzögert" aufgefüllten Orbitale befinden sich weiter innen im Atom. D.h. Jedes dieser Atome enthält in seinem Inneren Schalen, die nicht vollständig gefüllt sind. Es ist besonders leicht, aus diesen Schalen Elektronen herauszulösen und weiterzubewegen. Daher können alle diese Stoffe gut den Strom leiten und sind daher Metalle.

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