Quantentheorie der Atome

Die Quantenmechanik ist eine großartige Methode der modernen Physik um die Bewegungen und Interaktionen von winzigen Partikeln, wie beispielsweise Atomen, zu beschreiben. Die Ideen hinter der Quantenmechanik erscheinen oft abstrakt. Andere physikalische Themen, wie die Mechanik, oder die Optik, können in der makroskopischen Welt beobachtet werden, die mikroskopische Welt der Quantenmechanik ist jedoch schwer zu begreifen. Ein wichtiges Merkmal der Quantenmechanik ist, dass es normalerweise unmöglich ist, selbst rein theoretisch, das System zu messen, ohne es zu stören. Ein gutes Beispiel für dieses Verhalten ist der Lichtelektrische Effekt. Das Hauptproblem des Bohr´schen Modells war, dass es Elektronen wie Partikel behandelt hat, die in genau definierten Orbitalen vorkommen. Basierend auf Broglie´s Idee, dass Partikel wellenähnliches Verhalten zeigen können, hat der österreichische Physiker Erwin Schrödinger die Theorie aufgestellt, dass das Verhalten von Elektronen innerhalb eines Atoms erklärt werden kann, wenn diese Elektronen mathematisch wie Wellen behandelt werden. Dieses Modell, welches die Grundlage des modernen Verständnis des Atoms darstellt, ist als das Quantenmodell bekannt.

Quantenzahlen

Vier Quantenzahlen werden verwendet, um die Bewegung und die Bahnen eines jeden Elektrons innerhalb des Atoms zu beschreiben. Aus diesem Grund besitzt jedes Elektron in einem Atom einzigartige Quantenzahlen. Quantenzahlen beschreiben spezielle Schalen, Unterschalen, Orbitale und Spins von Elektronen. Hierarchisch besteht jede Schale aus einer oder mehreren Unterschalen und jede Unterschale besteht aus einem oder mehreren Atomorbitalen.

Effektive Hauptquantenzahl, n

Die Effektive Hauptquantenzahl beschreibt die wahrscheinlichste Entfernung des Elektrons vom Kern. Je größer die Zahl, desto weiter ist das Elektron vom Kern entfern. Die Größe des Orbitals beeinflusst die Größe des Atoms. n kann jede ganze positive Zahl über 1 annehmen. Der Wert von n bezeichnet die Elektronenschale.

Drehimpulsquantenzahl, l

Die Drehimpulsquantenzahl bestimmt die Form eines Orbitals. Jeder Wert von l weist auf eine bestimmte Unterschale hin. Der Wert von l ist abhängig von der Hauptquantenzahl. Im Gegensatz zu n, kann der Wert von l Null betragen. Es kann auch eine positive ganze Zahl sein, aber nicht größer als eins negativer als die Effektive Quantenzahl (n-1).

Magnetquantenzahl

Die Magnetquantenzahl bestimmt die Anzahl der Orbitale und ihre Orientierung innerhalb der Unterschale. Ihr Wert hängt von der Drehimpulsquantenzahl l ab.

Spinquantenzahl

Die Spinquantenzahl hängt nicht von einer anderen Quantenzahl ab. Sie beschreibt die Richtung des Elektronenspins. +1/2, wird als ↑ dargestellt, –1/2 als ↓.