Definition von Elektronenkonfiguration

Die Elektronenkonfiguration gibt an, wie viele Elektronen sich auf welcher Schale (Bohrsche-Atommodell) oder in welchem Orbital (Orbitalmodell) befinden.

Beispiele der Darstellung

In Abb. 1 sind drei verschieden Darstellungen der Elektronenkonfiguration von Calcium zu sehen. Links oben ist das Bohrsche-„Schalenmodell“ dargestellt. Die kryptischen Zeichen rechts sind die vollständige und die verkürzte Schreibweise für die Elektronenkonfiguration der Orbitale. Die erste Zahl bezieht sich auf die Hauptquantenzahl = Schale und die Buchstaben auf die Nebenquantenzahl = Art/Typ des Orbitals. Bsp.: 3d-Orbital. Die Hochgestellte Zahl gibt an, wieviele Elektronen sich in dem Orbital befinden. Bsp.: 2p⁶ – bedeutet, ein p-Orbital der zweiten Schale mit 6 Elektronen.

Inhalt:

• Definition
  • Beispiele der Darstellung
• Vergleich von Periode, Schale und Orbital
  • Periode ist nicht gleich Schale
  • Bedeutung der Periode
  • Edelgaskonfigurationen
  • Schalen (K, L, M, N, O, P, Q)
  • Video – Unterschied von Schale, Orbital und Periode
  • Liste der Elektronenkonfiguration der Orbitale
• Herleitung der Elektronenkonfiguration mit dem Periodensystem
  • Bohrsches Schalenmodell
  • Orbitalmodell
• Links

Vergleich von Periode, Schale und Orbital

Mit der Elektronenkonfiguration bezieht man sich entweder auf die Schale oder auf Orbitale als den jeweiligen Aufenthaltsort der Elektronen. Schalen sind aus Orbitalen auf gebaut. In Abb. 2 sind die Perioden (links oben), die Schalen (rechts oben) und die Orbitale (links unten) im Periodensystem dargestellt. Die erste Schale besteht aus einem Orbital die zweite aus zwei Orbitalen usw.

Periode ist nicht gleich Schale

Im Periodensystem ist aber nicht die Schale abgebildet, sondern die Periode. Das führt häufig zu Verwirrung. Besonders, wenn man Schale sagt und eigentlich die Periode meint, wie mir das immer passiert.

Die Periode entspricht der Reihenfolge, in der die Orbitale der jeweiligen Schale tatsächlich befüllt werden. Da sieht man schon, die Orbitale werden nicht schön in der Reihenfolge befüllt wie sie in den Schalen auftauchen, sondern nach dem Schema, das in Abb. 4 dargestellt ist. (Leider ist das Schema nicht vollständig korrekt. Bei den Lanthanoiden und Actinoiden ergeben sich Besonderheiten, die in diesem Schema nicht darstellbar sind. – Haltet euch am besten an das Periodensystem, dann kann nichts passieren.)

Die ersten beiden Perioden sind mit den ersten beiden Schalen identisch (s. Abb. 2). Leider verändert sich die Reihenfolge in der die Orbitale befüllt werden in der 4. Periode. Das 3d Orbital wird erst in der 4. Periode befüllt, nach dem 4s-Orbital.

Die d-Orbitale rutschen eine Periode nach oben (Bsp. das 3d ist in der 4. Periode) und f-Orbitale rutschen zwei Perioden nach oben (Bsp das 4f ist in der 6. Periode).

Wenn man das weiß, kann man sich die Reihenfolge in der die Orbitale befüllt werden am Periodensystem ableiten, oder man kann sich Abb. 4 merken und die Reihenfolge so herleiten.

Bedeutung der Periode

Das Periodensystem der Elemente heißt so, da Elemente mit ähnlichen Eigenschaften unterneinaderstehen. Ähnliche Eigenschaften sind in einer Spalte zu finden und somit treten ähnliche Eigenschaften periodisch auf. Die Periode ist für die Chemie wichtiger, weil sie repräsentiert die chemische Eigenschaft, die sich aus der Elektronenkonfiguration ergibt. Das PSE repräsentiert damit auch die tatsächliche Reihenfolge der Orbitalbefüllung und zeigt an, wann Edelgaskonfiguration erreicht wird. Diese wird dann erreicht, wenn die Periode voll ist und nicht wie immer gesagt wird wenn die Schale voll ist (Ausnahme die ersten beiden Schalen, da hier gilt Schale = Perioden).

Daher favorisiere ich die Periode gegenüber der Schale, weil sie aussage kräftiger ist in der Chemie. Als Elektronenkonfiguration an sich ist sie aber leider falsch. Am Ende zählt eh nur die Elektronenkonfiguration der Orbitale, und die kann man hier in der Liste der Elektronenkonfiguration nachsehen oder ihr folgt meiner Erklärung zur Herleitung der Elektronenkonfiguration mit dem Periodensystem.

In Abb. 1 ist in Rot die Elektronenkonfiguration vom Edelgas Argon angegeben. Edelgaskonfiguration ist eine  besondere Elektronenkonfiguration bei der die Periode voll ist. Eine volle Periode und damit Edelgaskonfiguration wird erreicht wenn:

Edelgaskonfiguration

• 1. Periode bei 2 Elektronen
• 2. Periode bei 8 Elektronen
• 3. Periode bei 8 Elektronen
• 4. Periode bei 18 Elektronen
• 5. Periode bei 18 Elektronen
• 6. Periode bei 32 Elektronen
• 7. Periode bei 32 Elektronen

(oder einfach die Kästchen in einer Periode bis zu den Edelgasen abzählen.)

Schalen

Die maximale Anzahl von Elektronen pro Schale folgt der Formel 2n² (keine Edelgaskonfiguration ab n>2!):

• 1. Schale (K)  2 Elektronen
• 2. Schale (L)  8 Elektronen
• 3. Schale (M) 18 Elektronen
• 4. Schale (N) 32 Elektronen
• 5. Schale (O) 50 Elektronen
• 6. Schale (P) 72 Elektronen
• 7. Schale (Q) 98 Elektronen

In Rot, Schalen, die nicht vollständig im Periodensystem repräsentierte sind.

 

Video

 

Elektronenkonfiguration aller Elemente

 

Herleitung der Elektronenkonfiguration mit dem Periodensystem

Die Herleitung der Elektronenkonfiguration ist denkbar einfach (vor allem wenn man sich auf die Periode bezieht und nicht auf die Schale. Bis zur 2. Periode sind Schale und Periode identisch, bis dahin ist es eh egal). Tatsächlich funktioniert diese Vorgehensweise bis Calcium (Ca).

Bohrsches Schalenmodell

Man nehme sich ein Periodensystem zur Hand und suche nach dem Element was einen interessiert. Legt einen Finger darauf, markiert es mit einem Stift oder merkt es euch ganz einfach und dann beginnt ihr von Wasserstoff, ganz links oben, an zu zählen, von links nach rechts wie viele Elemente in der jeweiligen Periode stehen, bis hin zu eurem Element (das Element wird mit gezählt). Schon habt ihr die Elektronenkonfiguration basierend auf der Periode fertig (Bsp. Abb. 1 Calcium – Schalenmodell).

Diese Arte der Darstellung funktioniert nur bis zu Calcium. Für das Arbeiten mit den Valenzelektronen, kann man im Periodensystem auch einfach die Nummer der Hauptgruppe verwenden. Bei Nebengruppen wird das leider falsch, da hier die Schale nicht der Periode entspricht.

Orbitalmodell

Wenn ihr die Elektronenkonfiguration der Orbitale braucht, ist das nicht viel schwieriger, ihr müsst euch nur die Lage der Orbitale im Periodensystem merken. 1. & 2. Hauptgruppe s-Orbital-Block, 3.-8. Hauptgruppe p-Orbital-Block (Ausnahme Helium gehört zum 1s-Orbital), Nebengruppenelemente d-Orbital-Block und Lanthanoide und Actinoide sind f-Orbital-Block. Lässt sich genau so abzählen, die Besonderheit ist entsprechend, dass die d-Orbitale zu einer früheren Schale gehören, als die Nummer der Periode in der sie stehen (Periode 4 = Schale 3 usw.) und bei den f-Orbitalen muss man zwei Nummern von der Periode abziehen um die entsprechende Schale zu bekommen (Periode 6 = Schale 4 usw.)

Damit könnt ihr euch einfach die Elektronenkonfiguration mit Hilfe eines Periodensystems herleiten.

 

Links:

• Wikipedia – Elektronenkonfiguration
• Interaktives Periodensystem – Orbitale