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Chemie · Periodensystem
Schalenmodell mit Valenzelektronen und Oktettregel, dazu Unterschalen, die Besetzungsregeln nach Aufbau, Pauli und Hund und das Schreiben von Elektronenkonfigurationen.
Elektronen besetzen Schalen und Orbitale von innen nach außen. Die Elektronen der äußersten Schale, die Valenzelektronen, bestimmen, wie ein Atom reagiert.
Die Elektronen liegen in Schalen um den Kern, K bis Q (n = 1 bis 7). Je weiter außen, desto energiereicher.
max. Elektronen = 2n²K: 2, L: 8, M: 18, N: 32
2n² ist nur die Kapazität einer Schale, nicht ihre tatsächliche Besetzung. Argon hat in der M-Schale nur 8 Elektronen, obwohl 18 hineinpassen. Der Rest kommt erst später dazu, denn 3d wird nach 4s gefüllt.
Die äußerste besetzte Schale heißt Valenzschale, ihre Elektronen sind die Valenzelektronen. Sie knüpfen Bindungen. Atome streben eine volle Valenzschale an: meist 8 Elektronen (Oktettregel, Edelgaskonfiguration), bei Wasserstoff und Helium 2. Bei Hauptgruppenatomen trägt die äußerste Schale höchstens 8 Elektronen.
Im PSE liest du die Schalen so ab:
→ Ausführlich in: Das Periodensystem und Elektronenhülle
Jede Schale teilt sich in Unterschalen. Schale n hat n Unterschalen: 1s | 2s 2p | 3s 3p 3d | 4s 4p 4d 4f. Ein Orbital ist der Raum, in dem sich ein Elektron mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhält. Es fasst höchstens 2 Elektronen.
| Unterschale | Orbitale | max. Elektronen |
|---|---|---|
| s | 1 | 2 |
| p | 3 | 6 |
| d | 5 | 10 |
| f | 7 | 14 |
Daraus folgt 2n²: Die M-Schale hat 1 + 3 + 5 = 9 Orbitale, also 18 Elektronen. Vier Quantenzahlen legen jedes Elektron fest: n (Schale), l (Form: s, p, d, f), ml (Orientierung) und ms (Spin, ↑ oder ↓). → Ausführlich in: Elektronenhülle
Die Reihenfolge der Unterschalen: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p. Merkhilfe: Die Unterschale mit der kleineren Summe n + l kommt zuerst, bei gleicher Summe die mit dem kleineren n. Deshalb kommt 4s (4 + 0) vor 3d (3 + 2).
Die Elektronenkonfiguration nennt für jede besetzte Unterschale die Elektronenzahl als Hochzahl, zum Beispiel 1s² 2s² 2p⁶. Das vorangehende Edelgas in eckigen Klammern kürzt ab: [Ne] 3s². Im neutralen Atom ist die Elektronenzahl gleich der Ordnungszahl Z.
| Element | Konfiguration | Äußerste Schale |
|---|---|---|
| O (Z = 8) | [He] 2s² 2p⁴ | L (n = 2) |
| Cl (Z = 17) | [Ne] 3s² 3p⁵ | M (n = 3) |
| K (Z = 19) | [Ar] 4s¹ | N (n = 4) |
| Fe (Z = 26) | [Ar] 4s² 3d⁶ | N (n = 4) |
Rückwärts geht es genauso: [He] 2s² 2p⁴ sind 2 + 2 + 4 = 8 Elektronen, also Sauerstoff. Bei 2p⁴ gilt Hund: erst drei Orbitale einzeln besetzen, das vierte Elektron paart sich (↑↓ ↑ ↑).
Die Konfiguration passt zur Stellung im PSE: Die Periode ist die höchste Schale n, die zuletzt gefüllte Unterschale gibt den Block. → Ausführlich in: Das Periodensystem
[Ne] 3s² 3p⁶, also die von Argon. Cl hat 17 Elektronen, Cl⁻ 18. Die Valenzschale ist voll.
Symbole und Summenformeln: → Ausführlich in: Chemische Symbole und Formelschreibweise
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeZähle die Elektronen in K-, L- und M-Schale und prüfe die 2n²-Regel: Warum sind Helium, Neon und Argon reaktionsträge, und weshalb fehlt Chlor nur ein Elektron zum Oktett?
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
