Das Periodensystem

Die Bezeichnungen der Quantenzahlen haben historische Gründe, die noch auf das Bohr'sche Atommodell zurückgehen (Kap. 27.1). Beim Verwenden dieser Begriffe muss man sich im Klaren sein, dass ein Orbital stationär ist und sich das Elektron nicht in irgendeiner Form um den Kern bewegt. Man unterscheidet vier verschiedene Quantenzahlen.

1) Die Hauptquantenzahl `n`

Diese legt fest, in welcher Schale sich das Elektron befindet. Die ersten vier Schalen werden auch mit den Buchstaben K, L, M und N bezeichnet.

2) Die Drehimpulsquantenzahl `l`

Diese liefert den Betrag des Drehimpulsvektors des Elektrons. Diese Bezeichnung geht noch auf die falsche Annahme zurück, dass sich Elektronen um den Kern bewegen. Aus historischen Gründen bezeichnet man die Orbitale je nach ihrer Drehimpulsquantenzahl noch zusätzlich mit einem Buchstaben:

`l` = 0 … s-Orbital `\qquad \qquad l` = 1 … p-Orbital
`l` = 2 … d-Orbital `\qquad \qquad l` = 3 … f-Orbital

Es gilt `l < n`. Wenn also `n = 1` ist, dann gibt es nur ein s-Orbital, bei `n = 2` ein s- und ein p-Orbital (`l = 0` bzw. `l = 1`) und so weiter.

3) Die magnetische Quantenzahl `m` Diese beschreibt die Drehimpulskomponenten in eine bestimmte Richtung. Vereinfacht kann man sagen: n und / legen die Form des Orbitals fest, m dessen Lage im Raum. Es gilt: `|m| \leq l`.

Die drei möglichen Orbitale für `n = 2` und `l = 1`. Es handelt sich also um die 2p-Orbitale.

4) Die Spinquantenzahl `s` Sie gibt den Eigendrehimpuls des Elektrons an und ist immer `±1/2`.

Als Valenzelektronen bezeichnet man jene Elektronen, die für die chemischen Eigenschaften des Elements entscheidend sind. Valenzfähig sind alle s- und p-Elektronen der äußersten Schale und Elektronen von nicht vollbesetzten d- und f-Orbitalen. In Summe kann ein Element maximal 8 valenzfähige Elektronen besitzen (F17). Sehen wir uns dazu die Elektronenkonfiguration an. Wasserstoff hat ein Elektron am 1s-Orbital. Man schreibt daher H: `1s^1`. Die Hochzahl gibt die Anzahl der Elektronen an.

Um die Schreibweise zu vereinfachen, schreibt man bei höheren Elementen das letzte Element der vorherigen Zeile (Periode) in eckige Klammer, weil ja dessen Elektronen nicht mehr valenzfähig sind. Für Lithium schreibt man also nicht `1s^2 2s^1`, sondern [He]`2s^1`.

Wie viele Valenzelektronen hat Blei? Das letzte Element der vorherigen Periode ist Xenon. Daher schreibt man Pb: [Xe]`6s^2(4f^{14}5d^{10})6p^2`. Weil f- und d-Orbital abgeschlossen sind, sind die Elektronen nicht valenzfähig und daher eingeklammert. Blei hat somit 4 Valenzelektronen.