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Übungsaufgaben
Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt Ihnen sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.
A1
Radialverteilungen ablesen
AFB IDie Abbildung zeigt für drei Orbitale des Wasserstoffatoms, wie wahrscheinlich es ist, das Elektron in einem bestimmten Abstand r vom Kern anzutreffen. Lesen Sie aus den Kurven ab, welche der Aussagen zutreffen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Die 1s-Kurve ist die höchste und schmalste (Maximum bei 53 pm). Die 2s-Kurve hat zwei Maxima – ein kleines bei etwa 40 pm und ein großes bei etwa 277 pm – und dazwischen eine Nullstelle bei 106 pm (die Knotenkugel). Das 2p-Maximum liegt bei 212 pm, also näher am Kern als das große 2s-Maximum; 280 pm gehört zum 2s.
Gehen Sie die Kurven einzeln durch: Wo steigt sie an, wo liegt der höchste Punkt, wo berührt sie die waagerechte Achse?
Die Skala unter den Kurven ist in Pikometern. Orange (2s) hat zwei Hügel mit einer Nullstelle dazwischen; grün (2p) liegt mit seinem Maximum links vom großen orangen Hügel.
A2
Aussagen zum Orbitalmodell prüfen
AFB IGeben Sie bei jeder Aussage an, ob sie stimmt.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Die erste und die vierte Aussage sind die typischen Stolperstellen. Bei der ersten wirkt das Bild einer Wolke immer noch wie eine „verschmierte Bahn“ — tatsächlich verzichtet die Quantenphysik ganz auf den Ortsbegriff vor der Messung. Bei der vierten überträgt man unbewusst das Chemiewissen aus Mehrelektronensystemen, wo 2p tatsächlich über 2s liegt. Beim Wasserstoff mit nur einem Elektron gibt es diese Aufspaltung nicht.
Unterscheiden Sie Bahn und Aufenthaltswahrscheinlichkeit: Das Orbitalmodell kennt keine Bahnen.
Beim Wasserstoff hängt die Energie nur von n ab, und zu n = 2 gehören n² = 4 Orbitale.
A3
Ein Orbital identifizieren
AFB IIIEin Zustand des Wasserstoffatoms wird beschrieben durch: kugelsymmetrische Aufenthaltswahrscheinlichkeit, eine Knotenkugel bei \(106\,\mathrm{pm}\), Energie \(-3{,}40\,\mathrm{eV}\).
Entscheiden Sie Schritt für Schritt, um welches Orbital es sich handelt.
Spiele die Auswertung Schritt für Schritt durch: Was folgt als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Die Kette zeigt, wie man ein Orbital aus Messgrößen erschließt: Energie → n, Symmetrie → l, n und l → Knoten und Orientierungen. Der vierte Schritt ist die eigentliche Kontrolle: Die Angabe „106 pm“ war keine Zusatzinformation, sondern eine Prüfgröße, die zu 2s passen musste. Gesucht war also das 2s-Orbital. Beachte, dass die Energie allein nicht ausgereicht hätte — 2s und 2p haben im Wasserstoff dieselbe Energie und lassen sich nur über die Form unterscheiden.
Lesen Sie zuerst aus der Energie die Hauptquantenzahl ab: En = −13,6 eV : n².
Die Kugelsymmetrie legt l fest; zusammen mit n bestimmen Sie die Knotenzahl und prüfen, ob die Knotenkugel bei 2·a₀ liegt.