Lexikon: Elektronenkonfiguration

 

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Die Elektronenkonfiguration gibt die Verteilung der Elektronenhülle|Valenzelektronen eines s auf verschiedene zustände bzw. Aufenthaltsräume (Orbitale) an.


Die Quantenzahlen

Die Hauptquantenzahl n bestimmt die Hauptenergiestufe, die so genannte Schale. Die äußerste von Elektronen besetzte Schale bestimmt die Periode des Elements im Periodensystem. Die Schalen werden von 1 beginnend durchnummeriert oder mit den Buchstaben K, L, M, N ... bezeichnet. Die maximale Anzahl der Elektronen in den einzelnen Schalen ergibt sich aus der Formel 2·n². Somit ergeben sich für die einzelnen Schalen: K-Schale (n=1) = 2 Elektronen L-Schale (n=2) = 8 Elektronen M-Schale (n=3) = 18 Elektronen N-Schale (n=4) = 32 Elektronen O-Schale (n=5) = 50 Elektronen

Die Nebenquantenzahl l, der Drehimpuls, unterteilt die Schale in Unterschalen verschiedener Energieniveaus. Die Schale n besitzt genau n Unterschalen, nummeriert von 0 bis (n-1) oder mit den Buchstaben s, p, d, f, g, h ... bezeichnet.

Die magnetische Quantenzahl m unterteilt jede Unterschale in 2l + 1 Orbitale, nummeriert von -l bis +l.

In jedem Orbital können sich zwei Elektronen aufhalten, die sich in ihrem Spin unterscheiden. Elektronen können sich um ihre eigene Achsen drehen mit oder gegen den Uhrzeigersinn. Die Eigenrotation der Elektronen wird beschrieben durch die Spinquantenzahl s. s=+½(↑) oder s=-½(↓).

Bild: Elektronenkonfiguration_Sauerstoff.png

Notation

Die Elektronenkonfiguration eines Atoms wird durch Angeben der besetzten Unterschalen beschrieben. Der Nummer der Schale folgt dabei der Buchstabe für die Unterschale und hochgestellt die Anzahl der Elektronen in der Schale. So ergibt sich für die mit 5 Elektronen besetzte 2. Unterschale der 2. Schale die Schreibweise 2p5. Bei mehreren Unterschalen wird die gemeinsame Schale weggelassen. Aus 2s2 2p3 wird 2s2 p3. Eine weitere verkürzte Schreibweise erhält man, wenn man das Kürzel für das vorausgegangene Edelgas in eckige Klammern setzt und dann die Unterschalen angibt, die noch zum gewünschten Element fehlen. Diese wird wegen ihrer kürze im Periodensystem verwendet: Beispiel: Chlor: 1s² 2s² 2p6 3s² 3p5 -> Ne 3s² 3p5 Daneben ist noch die anschauliche grafische Darstellung die Zellenschreibweise (Kästchenschema) üblich.

Regeln

Bei der Verteilung der Elektronen in der Atomhülle müssen verschiedene Regeln beachtet werden:

Energieprinzip: Orbitale mit niedrigerem Energieniveau müssen zuerst aufgefüllt werden.

Hundsche Regel: Orbitale gleichen Energieniveaus werden zuerst alle einfach besetzt, bevor sie doppelt besetzt werden.

Pauli-Prinzip (auch Pauli-Verbot): Es darf keine zwei Elektronen mit übereinstimmenden Quantenzahlen geben. D.h. In jedes Orbital passen 2 Elektronen mit unterschiedlicher Spinquantenzahl.

Die Unterschalen werden in folgender Reihenfolge besetzt (zeilenweise geordnet):

1s                (1. Periode)
2s 2p             (2. Periode)
3s 3p             (3. Periode)
4s 3d 4p          (4. Periode)
5s 4d 5p          (5. Periode)
6s 4f 5d 6p       (6. Periode)
7s 5f 6d ...      (7. Periode)

Von den oben genannten Regeln gibt es mehrere Ausnahmen, u.a.:

- Bei Lanthan besetzt zuerst ein Elektron ein Orbital der 5d-Unterschale bevor 4f aufgefüllt wird, bei Actinium besetzt entsprechend ein Elektron 6d bevor 5f aufgefüllt wird. Die Elektronen besetzen zuerst leere Orbitale innerhalb einer Unterschale.

- Bei Kupfer und Chrom wechselt ein Elektron des 4s Orbitals in das 3d Orbital, sodass das 4s Orbital trotz seines höheren Energieniveaus nur einfach besetzt ist.

Zusammenhang mit dem

Im Periodensystem entspricht die Besetzung des s-Orbitals einer neuen Schale, den Sprung in eine neue Periode (siehe Reihenfolge der Elektronenbesetzung). Innerhalb einer Periode werden zuerst die s-Orbitale (2 Elektronen - 1. und 2. Hauptgruppe) und als letzte die p-Orbitale (6 Elektronen - 3. bis 8. Hauptgruppe) besetzt. Die Nebengruppen entprechen dem Besetzen der d-Orbitale (10 Elektronen - 10 Nebengruppen). Die Lanthanoide und Actinoide entsprechen der Besetzung der f-Orbitale (14 Elektronen).

Siehe auch

Bohr-Sommerfeldsches Atommodell

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