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Orbitalmodell

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Auf das Orbitalmodell möchte ich an dieser Stelle noch nicht eingehen, schließlich sind diese Webseiten für Schüler(innen) der Jahrgangsstufe EF bzw. 10 geschrieben. Allerdings werden wir das Orbitalmodell spätestens in der Jahrgangsstufe Q2 bzw. 12 benötigen, wenn Sie das Thema Farbstoffchemie behandeln.

Viele einfache Alltagsphänomene kann man nur mit Hilfe des Orbitalmodells erklären, das hätten Sie jetzt nicht gedacht, oder?

Nehmen Sie als Beispiel den Indikator Phenolphthalein. In neutraler Umgebung farblos, wird er in alkalischer Lösung tiefviolett. Diesen Farbumschlag kann keines der bisher bekannten Atommodelle erklären. Das Orbitalmodell dagegen liefert eine Erklärung für dieses Phänomen.

Farbumschlag von Phenolphthalein bei pH >= 8,2

Das mittlere C-Atom des Farbstoffs geht nämlich vom sp3-hybridisierten tetraedrischen Zustand in den sp2-hybridisierten planaren Zustand über, so dass sich die drei aromatischen Ringe des Moleküls zu einem großen aromatischen System zusammenschließen können, in dem der Abstand zwischen bestimmten Molekülorbitalen so klein geworden ist, dass bereits energiearmes sichtbares Licht ausreicht, um die Elektronen anzuregen.

Wenn Sie von dem Gesagten nichts verstanden haben - dann sind Sie hier genau richtig. Solche Sachen sollten Sie auch erst in zwei Jahren verstehen.

Der Vollständigkeit halber möchte ich aber trotzdem einen kurzen Überblick über das Orbitalmodell geben.

Das Orbital-Modell
  • Atome bestehen aus kleinen unteilbaren Kugeln.
  • Jedes Element besteht aus einer eigenen Atomsorte. Es gibt also genau soviele Atomsorten, wie es Elemente gibt.
  • Jede Atomsorte hat einen bestimmten Radius und eine bestimmte Masse.
  • Chemische Reaktionen sind Teilchengruppierungen: Bei einer Reaktion gruppieren sich die Atome der Ausgangsstoffe lediglich um. Weder werden Atome vernichtet, noch entstehen neue.
  • Atome enthalten eine gleiche Anzahl von positiv geladenen Protonen und negativ geladenen Elektronen, daher sind Atome nach außen hin elektrisch neutral.
  • Die Protonen sind in einem winzigen Atomkern konzentriert, die Elektronen befinden sich weiter außen in einer Elektronenhülle.
  • Die Elektronenhülle besteht aus mehreren Schalen; jede Schale fasst eine bestimmte maximale Anzahl von Elektronen: K-Schale 2, L-Schale 8, M-Schale 18 etc.
  • Jede Schale enthält eine bestimmte Anzahl von Orbitalen, die jeweils zwei Elektronen fassen.
    K-Schale: 1 x s-Orbital;
    L-Schale: 1 x s-Orbital, 3 x p-Orbitale;
    M-Schale: 1 x s-Orbital, 3 x p-Orbitale, 5 x d-Orbitale.
  • Die s-Orbitale sind kugelförmig, die p-Orbitale hantelförmig, die d-Orbitale recht komplex.
  • Atome können Elektronen abgeben und werden dann zu elektrisch positiv geladenen Kationen.
  • Atome können Elektronen aufnehmen und werden dann zu elektrisch negativ geladenen Anionen.

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