Chemische Grundlagen
Elektronenkonfiguration
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Die Valenzelektronen sind wichtig, wenn Atome chemische Bindungen eingehen. Was ein Valenzelektron ist, wie viele Valenzelektronen ein Atom haben kann und wie du sie bestimmen kannst, erfährst du hier und im Video .

Was sind Valenzelektronen?

Die Valenzelektronen (Außenelektronen) sind die Elektronen, die sich in der äußersten Schale der Elektronenhülle eines Atoms befinden. Sie sind für die Bildung einer chemischen Bindung mit weiteren Atomen wichtig. Die Valenzelektronen nennst du auch Außenelektronen.

Für die chemischen Elemente in den Hauptgruppen gilt, dass die Nummer der Hauptgruppe dir die Anzahl der Außenelektronen sagt. Beispielsweise steht das Element Chlor (Cl) in der siebten Hauptgruppe (Halogene). Demnach hat ein Chloratom sieben Valenzelektronen.

Aufgepasst: Das Element Helium (He) ist eine Ausnahme, weil es in der achten Hauptgruppe (Edelgase) steht und insgesamt nur zwei Elektronen hat, die auch gleichzeitig die Valenzelektronen sind.

Valenzelektronen Definition

Valenzelektronen sind die äußersten Elektronen in einem Atom. Deswegen nennst du sie auch Außenelektronen. Sie sind für die Bildung von chemischen Bindungen wichtig.

Valenzelektronen bestimmen

Für alle Elemente der Hauptgruppen gibt es einen Trick, mit dem du ganz schnell die Anzahl ihrer Valenzelektronen herausfinden kannst. Es ist nämlich so, dass die Nummer der Hauptgruppe auch der Anzahl der Außenelektronen entspricht. Zum Beispiel steht Kohlenstoff in der 4. Hauptgruppe und hat 4 Außenelektronen.

In unserer Tabelle findest du die Anzahl der Valenzelektronen für die Elemente der Hauptgruppen:

Hauptgruppe Periodensystem Anzahl der Valenzelektronen
1 (z. B. Natrium) 1
2 (z. B. Magnesium) 2
3 (z. B. Aluminium) 3
4 (z. B. Kohlenstoff) 4
5 (z. B. Stickstoff) 5
6 (z. B. Sauerstoff) 6
7 (z. B. Chlor) 7
8 (z. B. Neon) 8 (Ausnahme Helium: 2)

Anzahl der Valenzelektronen pro Schale

Im Periodensystem sind alle chemischen Elemente nach ihrer Ordnungszahl geordnet. Die Ordnungszahl entspricht der Anzahl der Protonen (positiv geladen) im Atomkern. Wenn die Elemente nach außen hin neutral, also nicht geladen sind, entspricht die Ordnungszahl auch der Anzahl der Elektronen eines Atoms. Diese kannst du auf die verschiedenen Schalen verteilen. Dadurch kannst du sehen, wie viele Valenzelektronen ein Atom hat.

Nach dem Schalenmodell besitzt jedes Atom die vier Elektronenschalen K, L, M und N. Die Schalen werden dabei immer von innen nach außen mit Elektronen besetzt. Das heißt, dass zuerst die erste Schale (Schale K) mit Elektronen besetzt wird. Erst wenn sie voll ist, wird die nächste Schale (Schale L) besetzt, und so weiter.

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Sauerstoff Valenzelektronen

Schauen wir uns dazu zwei Beispiele (Valenzelektronen von Natrium und von Kohlenstoff) und ihre Schritt für Schritt Besetzung mit Elektronen an:

Valenzelektronen Beispiele

Kohlenstoff (Symbol C) hat die Ordnungszahl 6.

  • Wir müssen jetzt also 6 Elektronen auf die vier Schalen verteilen.
  • Die ersten 2 Elektronen wandern in Schale K.
  • Die übrigen 4 Elektronen kommen in Schale L.
  • Zwei weitere Elektronen hätten in dieser Schale Platz.

Du siehst an dem Beispiel, dass die Valenzschale nicht immer vollständig besetzt sein muss.

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Kohlenstoff Valenzelektronen

Ein weiteres Beispiel ist Natrium (Symbol Na).

  • Es hat die Ordnungszahl 11 und damit auch 11 Elektronen.
  • Zuerst wird die K-Schale mit 2 Elektronen besetzt, womit sie voll besetzt ist.
  • In die L-Schale passen 8 Elektronen.
  • Jetzt ist noch 1 Elektron übrig, welches du in der M-Schale findest.
  • Somit hat Natrium ein Außenelektron.

Auch beim Natrium ist die Valenzschale also nicht vollständig mit Elektronen besetzt. 

Anzahl der Bindungen von Valenzelektronen

Valenzelektronen sind für die Ausbildung von chemischen Bindungen wichtig. Sind Valenzelektronen an Bindungen beteiligt, nennst du sie auch Bindungselektronen

Ein Element kann maximal so viele Bindungen eingehen, wie es Valenzelektronen hat, es können aber auch weniger Bindungen sein. Du solltest dir also merken, dass die Anzahl an Außenelektronen nicht automatisch der Anzahl an Bindungen entspricht, an denen sich die Außenelektronen beteiligen.

Die Außenelektronen werden meistens als Punkte oder als Striche dargestellt. Ein Strich steht dann für zwei Elektronen.

Beispiele Bindungen von Valenzelektronen

Schauen wir uns die Bindung von Valenzelektronen am Beispiel vom Element Chlor (Symbol Cl) an. Es steht in der siebten Hauptgruppe und hat daher auch 7 Valenzelektronen. In einem Salzsäure-Molekül (HCl) beteiligt sich aber nur ein Valenzelektron des Chlors an der Bindung. Deshalb hat Chlor hier nur 1 Bindungselektron.

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Bindungselektronen in der Salzsäure (HCl)

In der Perchlorsäure (HClO4) sind hingegen alle sieben Valenzelektronen von Chlor an den Bindungen beteiligt. Hier kannst du also alle 7 Außenelektronen von Chlor als Bindungselektronen bezeichnen.

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Bindungselektronen Perchlorsäure

Oktettregel

Nach der Oktettregel streben Atome im Normalzustand oder auch bei der Bildung von Molekülen oder Ionen eine bestimmte Elektronenkonfiguration an. Konkret heißt das, sie streben einen Zustand an, bei dem sie maximal acht Valenzelektronen haben. Dadurch sind die Atome bzw. Moleküle stabil.

Auch an den Beispielen Chlor, Sauerstoff, Natrium und Kohlenstoff konntest du das beobachten, denn keines der Elemente hat mehr als 8 Außenelektronen.

Schau dir jetzt unser Video zur Oktettregel an, um sie im Detail erklärt zu bekommen. Außerdem zeigen wir dir in dem Video auch Elemente, die Ausnahmen von der Oktettregel bilden.

Anzahl der Elektronen berechnen

Je mehr Elektronen ein Atom hat, desto aufwändiger ist es, die Elektronen nacheinander in die einzelnen Schalen einzuordnen. Deshalb kannst du die Anzahl der Außenelektronen auch berechnen. Dafür legst du dir am besten die Tabelle bereit, in der du die Verteilung der Elektronen in den einzelnen Schalen sehen kannst:

Schale Anzahl Elektronen pro Schale
K 2
8
18
32

Schritt für Schritt gehst du dabei folgendermaßen vor:

  1. Bestimme die Anzahl der Elektronen insgesamt:
  2. Ziehe die Anzahl der Elektronen pro Schale von der Gesamtzahl ab. Beginne dabei mit der ersten Schale.
  3. Gehe zur nächsten Schale über, bis das nicht mehr geht ohne in die negativen Zahlen zu gelangen.

Als Beispiel für die Berechnung nehmen wir am besten das Element Chlor. Chlor hat die Ordnungszahl 17. Wenn Chlor nach außen ungeladen ist, heißt das, dass Chlor 17 Elektronen hat. Für Chlor gilt dann 17-2-8 = 7, es hat also 7 Außenelektronen.

Zu wissen, in welcher Schale sich wie viele Elektronen befinden, ist der erste Schritt, um eine korrekte Elektronenkonfiguration für ein Element aufstellen zu können. In unserem Video dazu erklären wir dir genau, wie du anschließend weiter vorgehst. Schau also gerne vorbei!

Zum Video: Elektronenkonfiguration
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