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Orbitallmodell - die quantenmechanische Betrachtung

In den bisher beschriebenen Atommodellen von Rutherford (Kern-Hülle-Modelle) und Bohr (Schalenmodell) werden Elektronen als Teilchen beschrieben, die den gleichen klassischen Gesetzten der Mechanik folgen, wie Planeten um die Sonne.

Die "Unschärfebeziehung" von Heisenberg (Ort und Geschwindigkeit von Elektronen lassen sich nicht beliebig genau bestimmen) führt dazu, dass sich die Vorstellung von genau definierten Bahnen in der Atomhülle als falsch erwiesen hat. Über die Bahn sind prinzipiell keine Aussagen möglich, die Bahn kann nur mithilfe statistischer Möglichkeiten beschrieben werden.

Im Orbitalmodell wird nun die Bahn auf der sich Elektronen befinden zu einem Aufenthaltsraum (Orbital), in dem sich ein Elektron mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhält. Daher stammt auch der Name "Orbital". In den Naturwissenschaften versteht man unter einem Orbitale (eines Atoms) die Aufenthaltsräume von Elektronen in der Elektronenhülle. Der genauere Aufenthaltsort der Elektronen kann aufgrund der vorher erwähnten Heisenbergschen Unschärferelation nicht exakt angegeben werden, sondern nur "Aufenthaltsräume" mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit.

Für das Orbitalmodell werden vier Quantenzahlen ausgegeben (Elektron kann aufgrund von Quantenzahlen beschrieben werden) mit dem ein Zustand (bzw. die Verteilen der Elektronen in der Atomhülle) beschrieben werden kann. Im Orbitalmodell wird dabei wird zwischen der Hauptquantenzahl n, der Nebenquantenzahl l, der Magnetquantenzahl m und dem Spin s unterschieden. 
 

  • Hauptquantenzahl "n" (n : 1, 2, 3...) gibt an, auf welcher Schale sich ein Elektron mit großer Wahrscheinlichkeit befindet.  Je größer "n" ist, desto weiter ist also das Elektron vom Atomkern entfernt.
  • Nebenquantenzahl "l"  ( l: 0, 1, 2, ... bis n-1) beschreibt die Form eines Orbitals in einem Atom und ist ebenfalls ein Maß für den Drehimpuls des Elektrons.
  • Magnetquantenzahl "m" (m: -l bis +l) beschreibt die räumliche Ausrichtung, die das Orbital bezüglich eines äußeren Magnetfeldes einnimmt.
  • Spinquantenzahl  (s = + 0,5 oder  -0,5) beschreibt die Orientierung seines Spins.