Elektronenkonfiguration

Elektronenkonfiguration einfach erklärt

Die Elektronenkonfiguration gibt die Elektronenverteilung in einem Atom an. Denn die einzelnen Elektronen eines Atoms verteilen sich unterschiedlich in der Elektronenhülle. Dabei kannst du die Elektronenhülle auf zwei Arten genauer beschreiben:

• Schalenmodell : Elektronen bewegen sich auf verschiedenen Schalen.
• Orbitalmodell : Elektronen bewegen sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in dreidimensionalen Räumen.

Du kannst also mit der Elektronenkonfiguration sagen, in welchen Schalen oder Orbitalen sich die verschiedenen Elektronen befinden.

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Die Besetzung mit den Elektronen findest du in einem sogenannten Energieniveauschema.

Elektronenkonfiguration Quantenzahlen

Der Zustand eines Elektrons wird im Allgemeinen durch die vier Quantenzahlen bestimmt. Sie lauten:

1. Hauptquantenzahl
2. Nebenquantenzahl
3. Magnetquantenzahl/Magnetische Quantenzahl des Drehimpuls
4. Magnetische Spinquantenzahl

Sie helfen dir dabei zu verstehen, wie die einzelnen Schalen mit den Elektronen besetzt werden. Die Beschreibung geht auf das Bohr-Sommerfeldsche-Atommodell und das Orbitalmodell zurück.

Hauptquantenzahl n

Sie gibt an, auf welcher Schale sich das Elektron befindet, also zu welchem Energiezustand das Elektron gehört. Die Hauptquantenzahl nimmt natürliche Zahlen, also 1, 2 ,3, … an.

Die Schalen bezeichnest du auch mit Buchstaben, und zwar nach der Reihenfolge des Alphabets, wobei du ab dem Buchstaben K startest. Du sprichst dann auch der K-, L-, M-, N-Schale.

Nebenquantenzahl l

Sie gibt Auskunft über die Gestalt des Atomorbitals eines Atoms. kann dabei die Zahlen annehmen.

Statt den Zahlen verwendest du häufig Buchstaben zur Beschreibung. Dabei sind die Buchstaben wie folgt zur Nebenquantenzahl zugeordnet:

• mit
• mit
• mit
• mit
• mit
• usw.

Magnetische Quantenzahl des Drehimpuls m_l

Sie wird auch Magnetquantenzahl genannt und beschreibt, wie der Elektronen-Bahndrehimpuls räumlich orientiert ist. Einfach gesagt bestimmt sie die Orientierung des Orbitals im Raum und beschreibt die Ausrichtung des Drehimpulses.

Sie gibt die Größe der -Komponente des Elektronen-Bahndrehimpulses an. Die Namensbezeichnung „magnetische Quantenzahl“ kommt daher, dass sie die potentielle Energie des Elektrons beschreibt, die man durch Anlegen eines magnetischen Feldes in -Richtung erhält.

Die magnetische Quantenzahl kann die Werte annehmen, kann also in Bezug auf den Betrag nicht größer als die Nebenquantenzahl sein.

Magnetische Spinquantenzahl m_s

Sie beschreibt die Orientierung eines Spins zur -Achse, einfacher gesagt den Drehsinn des Elektrons. Der Spin eines Elektrons hat die Werte .

Elektronenkonfiguration Schalen

Die Verteilung der Elektronen auf die verschiedenen Schalen und die jeweiligen Orbitale erfolgt gemäß dem Pauli Prinzip . Es besagt, dass keine zwei Elektronen eines Atoms in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen darf.

Jede Schale eines Atoms kann maximal mit 2n² Elektronen besetzt werden. Diese Zahl ergibt sich durch die Beschränkungen der Nebenquantenzahl, der magnetischen Drehimpulsquantenzahl und der magnetischen Spinquantenzahl.

Das chemische Verhalten eines Atoms wird hauptsächlich durch die äußerste Schale bestimmt. Da Atome bestrebt sind, einen möglichst stabilen Zustand zu erreichen, ist das Ziel eine gefüllte äußere Schale.

Elektronenkonfiguration Besetzung der Schalen

In einem Atom besetzen Elektronen die Zustände nach der energetischen Reihenfolge, wobei die Reihenfolge von Zuständen mit niedriger Energie zu Zuständen mit höherer Energie gegeben ist. Die Schalen werden deshalb in der Regel von innen nach außen mit Elektronen besetzt.

Die Besetzung der Orbitale findet in der dargestellten Reihenfolge statt:

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Hierbei geht man bei der Besetzung der Orbitale in der Reihenfolge des Pfeils vor. Also zuerst wird das s-Orbital der 1-ten (K-)Schale besetzt. Danach das s-Orbital der 2-ten (L-)Schale, dann das p-Orbital der 2-ten (L-)Schale und so weiter.

Merke: Nach der Hundschen Regel werden die Orbitale mit gleicher Energie erst je mit einem Elektron und anschließend mit einem zweiten Elektron besetzt.

Als Ausnahmen gelten hierbei unter anderem Elemente wie Chrom, Kupfer, Lanthan oder Actinium.

Periodensystem Elektronenkonfiguration bestimmen

Im Folgenden erklären wir, wie du die Elektronenkonfiguration aus dem Periodensystem ablesen kannst. Dafür musst du wissen, welche Anzahl an Elektronen ein Orbital aufnehmen kann. Unter Verwendung der Nebenquantenzahl erhältst du:

Aufgepasst: Die Elektronenanzahl bei den p-, d- und f-Orbitalen beschreibt die Gesamtanzahl. Beim p-Orbital findest du also insgesamt 3-mal 2, also insgesamt 6 Elektronen, nicht aber 6 Elektronen in einem einzigen p-Orbital.

Dabei ist der Übergang zu einer neuen Periode dadurch charakterisiert, dass das s-Orbital einer neuen Schale besetzt wird. Teilst du das Periodensystem in Gruppen der Orbitale ein, dann kann man einfach die Elektronenkonfiguration ablesen.

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Hiermit kannst du die Elektronenkonfiguration nun Schritt für Schritt für alle Elemente des Periodensystem (außer für die Ausnahmen) bestimmen:

1. In jeder Periode werden die s-Orbitale als Erstes besetzt und die p-Orbitale als Letztes.
2. Elemente der Nebengruppe entspricht das Besetzen der d-Orbitale.
3. Werden zusätzlich noch die f-Orbitale besetzt, so handelt es sich um die Lanthanoide und Actinoide.

Betrachten wir zum Beispiel das Element Mangan (Mn), dann werden die Schalen und Orbitale wie folgt besetzt:

1. zuerst das s-Orbital der 1-ten Schale (1s²)
2. danach das s-Orbital der 2-ten Schale (2s²)
3. dann das p-Orbital der 2-ten Schale (2p⁶)
4. anschließend das s-Orbital der 3-ten Schale (3s²)
5. dann das p-Orbital der 3-ten Schale (3p⁶)
6. daraufhin das s-Orbital der 4-ten Schale (4s²)
7. schließlich noch teilweise das d-Orbital der 3-ten Schale (3d⁵)

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Elektronenkonfiguration Notation

Für die Notation gibt es verschiedene Konventionen. Häufig verwendet man die Notation, bei der die Nummer der Schale gefolgt von einem Orbital mit einem hochgestellten Index angegeben wird. Der Index des Orbitals steht dabei für die Anzahl der Elektronen, die sich im Orbital befinden. Dabei werden die Orbitale nicht in der Reihenfolge nach dem Aufbauprinzip (wie oben erklärt) angeben, sondern nach der Reihenfolge der Schalen, also der Hauptquantenzahl. Betrachtet man wieder das obere Beispiel Mangan, so ist die Schreibweise hierfür mit Angabe der Elektronen:

Bei mehreren Orbitalen der gleichen Schale wird die Angabe der Hauptquantenzahl bei den weiteren Orbitalen häufig weggelassen:

Diese Schreibweise kann man noch weiter verkürzen, indem man das Edelgas der nächstkleineren Ordnungszahl voran setzt und nur die zusätzlich besetzten Schalen und Orbitale dahinter schreibt. Für das obige Beispiel Mangan würde sich folgende Schreibweise ergeben:

[Ar]

Elektronenkonfiguration der Elemente

In der folgenden Tabelle sind die Elektronenkonfigurationen der Elemente dargestellt. Hier findest du auch die Elektronenkonfiguration Eisen, die Elektronenkonfiguration Kupfer, Elektronenkonfiguration Schwefel und die Elektronenkonfiguration Kohlenstoff: