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Tutorial MenueAtombauLerneinheit 7 von 8

Wellenmechanisches Atommodell für das Wasserstoff-Atom

Spinquantenzahl

Zur Beschreibung von Systemen mit mehr als einem Elektron wird noch eine vierte Quantenzahl, die sogenannte Spinquantenzahl benötigt. Die Spinquantenzahl s steht klassisch, anschaulich gesprochen, im Zusammenhang mit dem Eigendrehimpuls der Elektronen; man kann sie aber auch als reine Rechengröße betrachten. Sie kann die Werte s = +1/2 oder -1/2 annehmen. Nach dem Pauli-Prinzip (Verbot) dürfen Elektronen in Orbitalen nicht in allen 4 Quantenzahlen übereinstimmen. D.h. ein Orbital kann maximal 2 Elektronen aufnehmen, von denen eines den Spin +1/2 und das andere -1/2 besitzt. Ist ein Orbital mit 2 Elektronen besetzt, so spricht man von gepaarten Elektronen. Bei einem einfach besetzten Orbital wird das Elektron als ungepaart bezeichnet. Zur bildhaften Darstellung werden Orbitale häufig als Kästchen, Elektonen als Pfeile symbolisiert:

Abb.1
Bildhafte Darstellung von Orbitalen

Weil der Eigendrehimpuls des Elektrons mit einem magnetischen Moment verbunden ist, ergibt sich für Atome oder Moleküle mit ungepaarten Elektronen als Ganzes ein magnetisches Moment, das sich makroskopisch dadurch bemerkbar macht, dass eine Probe einer solchen Substanz in ein inhomogenes Magnetfeld (räumlich kontinuierliche Änderung der Feldstärke) hineingezogen wird. Eine solche Substanz bezeichnet man als paramagnetisch. Substanzen, die aus Atomen oder Molekülen bestehen, die nur gepaarte Elektronen enthalten, werden aus einem Magnetfeld hinausgedrängt. Diese Substanzen nennt man diamagnetisch.

Die Messung des magnetischen Verhaltens stellt neben anderen eine wichtige Methode zur Aufklärung der Elektronenstruktur von Verbindungen dar. Zur Messung des Dia- beziehungsweise Paramagnetismus bedient man sich der magnetischen Waage. Die Messvorrichtung, die im Prinzip aus einem starken Magneten und einer empfindlichen Waage zur Messung der Anziehungs- oder Abstoßungskraft besteht, liefert quantitative Informationen, aus denen auch auf die Zahl der ungepaarten Elektronen pro Molekül bzw. Formeleinheit geschlossen werden kann.

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