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Der Aufbau von Atomen – Elektronenschalen

Das Geheimnis der Elektronenschalen: Erfahre, warum manche Elemente reaktiver als andere sind und welche Rolle die Außenelektronen dabei spielen. Entdecke die historische Entwicklung und den speziellen Aufbau dieser Schalen. Interessiert? Vertiefe dein Wissen zu diesem faszinierenden Thema hier!

Alle Inhalte sind von Lehrkräften & Lernexperten erstellt
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Die Autor*innen
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Team Realfilm
Der Aufbau von Atomen – Elektronenschalen
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse - 10. Klasse - 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Der Aufbau von Atomen – Elektronenschalen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Der Aufbau von Atomen – Elektronenschalen kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, wie viele Elektronen die Atome besitzen.

    Tipps

    Man besetzt die Schalen immer von innen nach außen mit Elektronen.

    Die Schalen werden alphabetisch von innen nach außen mit Buchstaben gekennzeichnet. Begonnen wird mit K.

    K, L, M, N, O, P

    Lösung

    Die Atomschalen stellen konkrete Energieniveaus für Elektronen dar. Je weiter die Schalen vom Kern entfernt sind, desto mehr Energie besitzen die Elektronen und desto mehr Platz gibt es für weitere Elektronen. Daher wird immer von innen nach außen aufgefüllt.

    Die maximale Anzahl von Elektronen lässt sich mit der Formel: $2\cdot n^2$ bestimmen, wobei n die Nummer der Periode ist.

    $\begin{array}{c|c|c|c|c|c|c} \text{Schale}&\text{K}&\text{L}&\text{M}&\text{N}&\text{O}&\text{P}\\ \hline \text{Periode}&1&2&3&4&5&6\\ \hline \text{Elektronen}&2&8&18&32&50&128 \end{array}$

    Natrium besitzt 11 Elektronen und Fluor besitzt 9 Elektronen von innen nach außen aufgefüllt verteilen sich die Elektronen so.

    $\begin{array}{c|c|c} \text{Schale}&\text{K}&\text{L}&\text{M}\\ \hline \text{Natrium}&2&8&1\\ \hline \text{Fluor}&2&7&0 \end{array}$

  • Erkläre die unterschiedliche Reaktivität von Natrium und Neon.

    Tipps

    Natrium (Na) befindet sich in der 2. Periode in der 1. Hauptgruppe.

    Neon (Ne) befindet sich in der 2. Periode in der 8. Hauptgruppe.

    Lösung

    Ein Atom, dessen Elektronenkonfiguration der eines Edelgases entspricht, ist besonders stabil, da seine Elektronen sehr günstig angeordnet sind. In der Edelgaskonfiguration sind gerade alle begonnenen Schalen vollständig gefüllt.

    Neon besitzt als Edelgas die Edelgaskonfiguration bereits, daher hat es kein Bestreben, ein Elektron abzugeben oder aufzunehmen. Es reagiert nicht. Daher wird für Neon auch keine Elektronegativität angegeben.

    Bei Natrium ist dies anders, es besitzt genau ein Elektron zu viel für eine Edelgaskonfiguration. Da dieser Zustand relativ leicht zu erreichen ist, hat es ein gewaltiges Bestreben sein einzelnes Elektron abzugeben. Daher besitzt es eine sehr kleine Elektronegativität.

  • Berechne die Anzahl der Elektronen, die maximal auf eine Schale passen.

    Tipps

    $n$ ist die Nummer der Schale.

    $z$ ist die Anzahl der Elektronen in der entsprechenden Schale.

    Die K-Schale ist die innerste (erste) Schale des Bohr'schen Atommodell, da man die ersten Großbuchstaben des Alphabetes bereits anderweitig verwendet hatte.

    Lösung

    Wie die Häute einer Zwiebel besitzen die äußeren Schichten ein größeres Volumen als die innersten Schichten. Daher bieten die äußeren Elektronenschalen auch mehr Platz für Elektronen als die inneren Schalen.

    Die maximale Zahl an Elektronen, die theoretisch auf eine Schale passen würde, nimmt dabei stark zu.

    $\begin{array}{c|c|c} \text{Schale}&\text{Periode}&\text{Anzahl Elektronen}\\ \hline \text{K}&1&2\\ \hline \text{L}&2&8\\ \hline \text{M}&3&18\\ \hline \text{N}&4&32\\ \hline \text{O}&5&50\\ \hline \text{P}&6&72\\ \hline \text{Q}&7&98\\ \end{array}$

  • Verteile die Elektronen von Kalium und Neon auf die Schalen.

    Tipps

    Man besetzt die Schalen immer von innen nach außen mit Elektronen.

    Die Schalen werden alphabetisch von innen nach außen mit Buchstaben gekennzeichnet. Begonnen wird mit K.

    K, L, M, N, O, P

    Lösung

    Die Atomschalen stellen konkrete Energieniveaus für Elektronen dar. Je weiter die Schalen vom Kern entfernt sind, desto mehr Energie besitzen die Elektronen und desto mehr Platz gibt es für weitere Elektronen. Daher wird immer von innen nach außen aufgefüllt.

    Neon besitzt 10 Elektronen und Kalium besitzt 19 Elektronen.

    Bei Neon ist die Verteilung der Elektronen noch verhältnismäßig einfach. Es befinden sich die maximal 2 Elektronen in der K-Schale und die maximal 8 Elektronen in de L-Schale, damit sind diese beiden Schalen vollständig gefüllt und das Element ist nicht reaktiv.

    Schwerer ist es beim Kalium. Hier muss man wissen, dass innerhalb der Hauptgruppe zunächst nur die Schalen auf jeweils 8 Elektronen aufgefüllt werden. Erst mit Beginn der Nebengruppe werden die inneren Schalen weiter aufgefüllt. So hat Kalium im Vergleich zum Krypton diese Elektronenverteilung:

    $\begin{array}{c|c|c|c|c} \text{Schale}&\text{Ordnungszahl}&\text{K}&\text{L}&\text{M}&\text{N}\\ \hline \text{Kalium}&19&2&8&8&1\\ \hline \text{Krypton}&36&2&8&18&8 \end{array}$

  • Entscheide, ob die Elemente reaktiv sind oder nicht.

    Tipps

    Elemente mit einer Edelgaskonfiguration sind nicht reaktiv.

    Elemente, denen nur noch die Abgabe weniger oder die Aufnahme weniger Elektronen zur Edelgaskonfiguration fehlt, sind sehr reaktiv.

    Eine Edelgaskonfiguration beschreibt einen Zustand, in dem nur vollständig gefüllte Schalen vorliegen.

    Lösung

    Jedes Element versucht durch Bindung, oder durch Elektronen auf oder Abnahme eine Edelgaskonfiguration zu erreichen. Je weniger Aufwand dafür nötig ist, diesen Zustand zu erreichen, desto reaktiver ist das Element. Ist dieser Zustand erreicht, ist das Element nicht mehr reaktiv.

    Die Edelgase Neon und Argon besitzen bereits eine Edelgaskonfiguration, daher sind sie nicht reaktiv. Gold hat einen relativ weiten Weg um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen. Es muss ganze 3 Elektronen abgeben. Zudem ist es durch andere Effekte sehr stabil.

    Fluor, Kalium und Natrium müssen dagegen nur ein Elektron aufnehmen bzw. abgeben, um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen, daher sind sie sehr reaktiv. Fluor ist das Element, welches das größte Bestreben hat, Elektronen aufzunehmen.

  • Berechne, wieviele Schalen benötigt werden, um die Elektronenkonfiguration der Elemente (1-118) darzustellen.

    Tipps

    Die Schalen werden alphabetisch von innen nach außen mit Buchstaben gekennzeichnet. Begonnen wird mit K.

    K, L, M, N, O, P

    Die Ordnungszahl gibt auch an, wieviele Elektronen ein Element besitzt.

    Hier siehst du die unterschiedlichen Blöcke:

    • in hellgrün: Wasserstoff, Helium und die 1. und 2. Hauptgruppe,
    • in rot die 3. bis 8.Hauptgruppe,
    • in gelb die Nebengruppen und
    • schließlich in blau die Lanthanoide und Actinoide.
    Lösung

    Die Blöcke s, p, d, f sind eine sehr vereinfachte Darstellung des Orbitalmodells innerhalb des PSE. Die Maximalzahlen von Elektronen auf den Bohr'schen Schalen stimmen leider nur theoretisch, da die Maximalzahl durch die energetische Verteilung innerhalb der Orbitale genauer beschrieben werden kann.

    So werden zur derzeitigen Darstellung aller Elektronenkonfigurationen 7 Schalen benötigt.

    Theoretisch wäre noch weitere Schale denkbar und auch ein weiterer Block.