Termschema

Definition und Bedeutung

Ein Termschema, auch Niveauschema oder Grotrian-Diagramm genannt, stellt die Energieniveaus, die sogenannten Terme, eines Atoms, Ions, Moleküls oder Atomkerns übersichtlich zeichnerisch dar. Es zeigt insbesondere die Elektronenkonfiguration und macht sichtbar, welche Energiezustände möglich sind und welche Übergänge Spektrallinien erzeugen können.

Darstellung der Energieniveaus

Auf der y-Achse werden die Haupt- und Nebenschalen als energetische Plattformen eingetragen, auf der x-Achse die Anzahl der Elektronen. Die Hauptschalen zählt man vom Kern aus, beginnend mit 1; alternativ können sie durch Buchstaben bezeichnet werden. Die höchste dargestellte Schale entspricht der Periode des jeweiligen Elements.

Jedes Atom besitzt eine eigene Elektronenkonfiguration, also eine bestimmte Verteilung seiner Elektronen auf die verfügbaren Zustände. Je weiter eine Schale vom Atomkern entfernt ist, desto höher liegt das Energieniveau eines Elektrons auf dieser Schale. Ein sehr einfaches System mit nur einem Elektron lässt sich als einzelne „Sprossenleiter“ darstellen. Bei komplizierteren Systemen sind mehrere ineinander- oder nebeneinanderstehende Leitern erforderlich.

Besetzung und Einordnung

Die Energien der Terme werden maßstäblich als waagerechte Striche eingezeichnet. Der energetisch günstigste Zustand heißt Grundzustand und liegt im Diagramm am weitesten unten.

Für die Besetzung der Orbitale gilt die Hundsche Regel: Mehrere Orbitale gleicher Energie werden zunächst mit Elektronen gleichen Spins besetzt. Erst danach werden Elektronen mit entgegengesetztem Spin verteilt.

Atome, deren zuletzt besetztes Elektron auf dem P-Niveau liegt und deren S- und P-Schale vollständig besetzt sind, gehören zu den Edelgasen. Liegen die Außenelektronen auf dem 4f-Niveau, gehört das Atom zu den Lanthanoiden; beim 5f-Niveau gehört es zu den Actinoiden.

Übergänge und Spektrallinien

Wechselt ein System von einem höheren zu einem niedrigeren Term, wird ein Photon emittiert. Seine Energie entspricht genau dem Energieabstand zwischen Ausgangs- und Endterm. Dadurch entsteht eine entsprechende Spektrallinie.

Nicht jeder denkbare Übergang ist erlaubt. Manche Übergänge sind aus quantenmechanischen Gründen verboten und werden deshalb im Spektrum nicht beobachtet. Welche Übergänge möglich sind, bestimmen die Auswahlregeln.