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Elektronenkonfiguration

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Chemie

Die Elektronenkonfiguration beschreibt die Verteilung der Elektronen in der Elektronenhülle eines Atoms. Das Atom besitzt neben dem Atomkern einige Schalen, die sich in der Umgebung des Atoms befinden. Diese Schalen unterteilen sich in Unterschalen, welche auch Orbitale genannt werden. Sie geben an, wo sich die Elektronen am wahrscheinlichsten aufhalten.

Die Quantenzahlen der Elektronenkonfiguration

Bei der Elektronenkonfiguration spielen die vier Quantenzahlen eine wichtige Rolle. Sie erklären die Besetzung der Schalen mit den Elektronen.

Bei den Quantenzahlen wird dabei unterschieden zwischen:

  • Hauptquantenzahl
  • Nebenquantenzahl
  • Magnetische Drehimpulsquantenzahl
  • Magnetische Spinquantenzahl

Ursprünglich stammt die Beschreibung dieser Quantenzahlen aus dem Bohr-Sommerfeldschen-Atommodell und auch im aktuellen Orbitalmodell werden sie für die Beschreibung des Zustands eines Elektrons verwendet.

Die Hauptquantenzahl n

Die Hauptquantenzahl n stellt dar, auf welcher Schale sich das Elektron befindet. Damit wird gleichzeitig der Energiezustand des Elektrons definiert. Für die Hauptquantenzahl kommen vor allem natürliche Zahlen zum Einsatz (1, 2, 3, …). Die Schalen werden jedoch auch mit Buchstaben benannt, weshalb häufig von K-, L-, M-, und N-Schalen gesprochen wird.

Die Nebenquantenzahl l

Die Nebenquantenzahl l stellt die Form des Atomorbitals dar. Für l werden die Zahlen 0, 1, 2, … verwendet, solange sie kleiner als n sind. Auch hierbei werden anstatt der Zahlen in der Regel Buchstaben verwendet. Die Formen der Atomorbitale lassen sich in s, p, d, f und g aufteilen, wobei l=0 → s, l=1 → p, l=2 → d und so weiter.

Die magnetische Drehimpulsquantenzahl ml

Die magnetische Drehimpulsquantenzahl stellt dar, wie die räumliche Orientierung des Elektronen-Bahndrehimpuls abläuft. Sie gibt an, wie Groß die z-Komponente des Elektronen-Bahndrehimpulses ist. Die magnetische Drehimpulsquantenzahl beschreibt die potentielle Energie des Elektrons, die durch das Anlegen eines magnetischen Feldes in z-Richtung erhalten wird. Diese Werte können wie folgt angegeben werden: ml= - l, -(l-1), …, -1, 0, 1, …, (l-1), l.

Die magnetische Spinquantenzahl ms

Die magnetische Spinquantenzahl stellt die Orientierung eines Spins zur z-Achse dar. Diese Werte werden als sz=12h angegeben.

Die Quantenzahlen in a nutshell

Quantenzahl

Zeichen

Wertebereich

Bezeichnung

Hauptquantenzahl

n

1, 2, 3, …

K, L, M, N

Nebenquantenzahl

l

0, n-1

s, p, d, f, g

Magnetische Drehimpulsquantenzahl

-l, …, +l

s, , ,……

Magnetische Spinquantenzahl

-(1/2), +(1/2)

↓, ↑

Die Elektronenkonfiguration – Verteilung auf Schalen

Die Elektronen werden nach dem Pauli Prinzip auf die unterschiedlichen Schalen und Orbitale verteilt. Dieses Prinzip beschreibt, dass keine zwei Elektronen eines Atoms in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen dürfen.

Jede Atomschale kann maximal mit 2n2 Elektronen besetzt werden, was sich bereits durch die Beschränkungen der Nebenquantenzahl, der magnetischen Drehimpulsquantenzahl und der magnetischen Spinquantenzahl ergibt.

Die Besetzung der Schalen durch die Elektronen kommt dadurch zustande, dass Elektronen einen möglichst niedrigen energetischen Zustand erreichen möchten. Im Atom besetzen Elektronen die Schalen also nach energetischer Reigenfolge, wobei die Schale, die am nächsten zum Kern gelegen ist, den niedrigsten Energiezustand besitzt.

Die wichtigste Schale, bezüglich des chemischen Verhaltens eines Atoms ist jedoch die äußerste Schale.

Bei der Besetzung der Schalen und Unterschalen wird nach dem folgenden Prinzip vorgegangen. Zuerst wird das s-Orbital der 1. (K-) Schale besetzt. Daraufhin das s-Orbital der 2. (L-)Schale und im Anschluss das p-Orbital der 2. (L-) Schale. Dieser Ablauf zur Verteilung der Elektronen wird in dieser Reihenfolge weitergeführt.

Wenn du mehr zur Besetzung der Orbitale und den möglichen Ausnahmen wissen möchtest, dann lies dir gerne den Artikel zum Orbitalmodell auf StudySmarter durch.

Die Elektronenkonfiguration im Periodensystem

Um die Elektronenkonfiguration aus dem Periodensystem ablesen zu können, musst du wissen, welche Anzahl an Elektronen ein Orbital aufnehmen kann. Während das s-Orbital nur maximal zwei Elektronen besitzen kann, haben die anderen Orbitale eine größere Kapazität an Elektronen.

s-Orbital

2 Elektronen

p- Orbital

6 Elektronen

d- Orbital

10 Elektronen

f- Orbital

14 Elektronen

Wenn du das Periodensystem in Gruppen von Orbitalen einteilst, kannst du die Elektronenkonfiguration ablesen. Dabei werden die s-Orbitale als erstes besetzt. Die Elemente der Nebengruppe entsprechen den d-Orbitalen und die p-Orbitale werden zuletzt besetzt. Kommen auch die f-Orbitale zum Einsatz, so handelt es sich dabei um die Lanthanoide und die Actinoide.

Quelle: Bild von Gerd Altmann auf Pixabay

Möchtest du wissen, wann das s-Orbital einer neuen Schale besetzt wird, kannst du dies anhand der Perioden im Periodensystem ablesen.

Beispiel Mangan (Mn): Zuerst wird hierbei das s-Orbital der 1. Schale besetzt, dann das s-Orbital der 2. Schale. Im Anschluss das p-Orbital der 2. Schale, das s-Orbital der 3. Schale, das p-Orbital der 3. Schale und das s-Orbital der 4. Schale. Zum Schluss wird auch noch ein Teil des d-Orbitals der 3. Schale besetzt.

Die Schreibweise der Elektronenkonfiguration

Wenn du die Elektronenkonfiguration verschriftlichen willst, gibt es dafür verschiedene Möglichkeiten. Hier erklären wir dir die am häufigsten verwendete Darstellung.

Meistens wird die Besetzung der Elektronen durch die Nummer der Schale angegeben. Darauf folgt der Buchstabe des Orbitals und die Anzahl der Elektronen im Orbital als hochgestellte Zahl.

Die Orbitale werden bei dieser Schreibeweise jedoch nicht nach ihrem Aufbauprinzip dargestellt, sondern nach der Schalenreihenfolge.

Anhand des Oben genannten Beispiels müsste die Schreibweise von Mangan also lauten:

Da die Orbitale jedoch nicht nach der tatsächlichen Reihenfolge der Besetzung, sondern nach der Reihenfolge der Schalen angegeben wird, lautet die Schreibweise von Mangan:

Häufig wird außerdem die Hauptquantenzahl, also die Zahl der Schale nach der ersten Nennung weggelassen:

Um eine noch kürzere Form der Schreibweise zu erreichen, kannst du auch das Edelgas der nächstkleineren Ordnungszahl verwenden und die zusätzlichen Schalen und Orbitale dahinter setzen.

Die Elektronenkonfiguration – Alles Wichtige auf einen Blick

Wenn du den Artikel bis hier hin gelesen hast, hast du alle wichtigen Aspekte im Bezug auf die Elektronenkonfiguration kennengelernt. Hier findest du nun noch einmal die wichtigsten Fakten in Stichpunkten zusammengefasst:

  • Die Elektronenkonfiguration beschreibt die Verteilung der Elektronen in der Elektronenhülle eines Atoms
  • Die Quantenzahlen erklären die Besetzung der Schalen mit den Elektronen
  • Die Hauptquantenzahl stellt dar, auf welcher Schale sich das Elektron befindet
  • Die Nebenquantenzahl stellt die Form des Atomorbitals dar
  • Nach dem Pauli Prinzip dürfen keine zwei Elektronen eines Atoms in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen
  • Die wichtigste Schale, bezüglich des chemischen Verhaltens eines Atoms ist die äußerste Schale
  • Anhand der Perioden im Periodensystem kannst du erkennen, wann eine neue s-Schale besetzt wird
  • Die Elektronenkonfiguration wird nach folgendem Beispiel angegeben:

Sehr gut! Damit kennst du dich nun gut mit der Elektronenkonfiguration aus. Wenn du noch mehr zum Atomaufbau erfahren möchtest, dann sieh dir hierzu die Artikel zum Bohrschen Atommodell oder dem Orbitalmodell auf StudySmarter an.

Finales Elektronenkonfiguration Quiz

Frage

Wie werden Valenzelektronen noch genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

Valenzelektronen werden auch Außenelektronen genannt.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe in einem Satz, was Valenzelektronen sind.

Antwort anzeigen

Antwort

Sie sind die Elektronen, die sich in der äußersten Orbitalen, bzw. in der äußersten Elektronenschale aufhalten.

Frage anzeigen

Frage

Mithilfe der Valenzelektronen können ...


Antwort anzeigen

Antwort

... chemische Bindungen erklärt werden. 

Frage anzeigen

Frage

Beim Atommodell von Bohr wird beim Aufbau von Atomen von sogenannten Elektronenschalen gesprochen. Wie viele Elektronen haben pro Schale Platz?

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Schale: 2 Elektronen
  2. Schale: 8 Elektronen
  3. Schale: 18 Elektronen
  4. Schale 32 Elektronen 
Frage anzeigen

Frage

Erkläre, wie sich beim Natriumchlorid die Elektronen in den Schalen verteilen.

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn du auf das Periodensystem der Elemente schaust, kannst du bei Natrium links oben die Zahl 11 ablesen. Diese Zahl bedeutet:


  • Natrium besitzt 11 Elektronen.
  • Diese 11 Elektronen versuchen so nah wie möglich um den Atomkern zu kreisen.
  • Die 1. Schale ist voll besetzt (2 Elektronen), es bleiben 9 Elektronen übrig.
  • Die 2. Schale ist voll besetzt (8 Elektronen), es bleibt 1 Elektron übrig.
  • Die 3. Schale ist mit 1 Elektron besetzt.


Frage anzeigen

Frage

Alle Elektronen, die sich in der äußersten Schale eines Atoms befinden, sind Valenzelektronen.

Antwort anzeigen

Antwort

Richtig

Frage anzeigen

Frage

Valenzelektronen können sich an Bindungen zwischen Atomen beteiligen. Wie funktioniert das bei Hauptgruppen-Elementen und Übergangsmetallen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Bei den Hauptgruppen-Elementen sind das die Elektronen auf der äußersten Schale. 
  • Bei den Übergangsmetallen sind es die Elektronen auf der äußersten Schale und zusätzlich die im d-Orbital der vorhergehenden Schale.
Frage anzeigen

Frage

Wie viele Bindungen können Valenzelektronen eingehen? Erkläre genauer.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Anzahl an Valenzelektronen ist nicht gleich die Anzahl möglicher Bindungen. Valenzelektronen können sich an Bindungen beteiligen, sind dann auch Bindungselektronen, aber können auch nichtbindend und damit keine Bindungselektronen sein. Das hängt dann immer davon ab, in welchem chemischen Zustand das entsprechende Atom sich befindet. 

Frage anzeigen

Frage

Wie erkennt man, wie viele Valenzelektronen ein Element hat?

Antwort anzeigen

Antwort

Dazu muss man nur auf die Zahl der Hauptgruppe im Periodensystem schauen. Das ist die Zahl, die oben am Periodensystem in römischen Zahlen steht. 

Die Zahl der Hauptgruppe entspricht der Anzahl der Valenzelektronen.

Frage anzeigen

Frage

Kohlenstoff steht in der Hauptgruppe 4. Wie viele Valenzelektronen hat es?

Antwort anzeigen

Antwort

Kohlenstoff hat somit 4 Valenzelektronen.


Frage anzeigen

Frage

Wie stellst du Valenzelektronen dar? Welche Schreibweise wird bei der Lewis-Schreibweise häufiger verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Es gibt zwei verschiedene Schreibweisen, um die Anzahl der Außenelektronen darzustellen. 

  • Bei der ersten Weise schreibst du für jedes Außenelektron einen Punkt.
  • Bei der zweiten Schreibweise gibt es auch Punkte, aber zwei Punkte werden zu einem Strich zusammengefasst. 


Beide Schreibweisen entsprechen der Lewis-Schreibweise, die Gängigere ist jedoch die Verbindung von zwei Punkten.

Frage anzeigen
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