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Der Aufbau von Atomen – Elektronenschalen 03:13 min

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Transkript Der Aufbau von Atomen – Elektronenschalen

Warum zeigt das Element Kalium eine starke chemische Reaktion während das Element Gold über Jahrtausende unverändert bleiben kann? Der Schlüssel zur Reaktionsfähigkeit eines Elements liegt in der Anzahl und der Anordnung seiner Elektronen. In allen Atomen bewegen sich Elektronen in relativ großer Entfernung um einen positiv geladenen Atomkern. Entscheidend sind die diskreten Zustände der Elektronen, die als Elektronenschalen bezeichnet werden. Wenn dieser Fußball ein Atomkern wäre, dann lägen selbst die nächstgelegenen Elektronen weit außerhalb des Stadions. Im verkleinerten Maßstab werden die Elektronenschalen hier als Ringe dargestellt. Jede Schale kann nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen. In der ersten Schale sind höchstens zwei Elektronen vorhanden, egal ob es sich um Kalium- oder Goldatome handelt. Die zweite Schale kann bis zu 8 Elektronen aufnehmen. Hat ein Atom mehr Elektronen, kann auch die dritte Schale mit bis zu 18 Elektronen aufgefüllt werden. Je weiter entfernt sich die Elektronenschalen vom Atomkern befinden, desto mehr Elektronen können sie aufnehmen. Die innersten Schalen werden immer zuerst aufgefüllt. Zum Beispiel hat das Natriumatom immer 11 Elektronen, von denen sich 2 in der ersten und 8 in der zweiten Schale befinden. Das elfte Elektron ist ein einzelnes Außenelektron. Ein Fluoratom hat insgesamt 9 Elektronen, davon 7 in der äußeren Schale. Die Anzahl der Elektronen in der äußeren Schale der Atome eines Elements ist verantwortlich für sein chemisches Reaktionvermögen. Um möglichst stabil zu sein, sind Atome bestrebt, die äußere Elektronenschale aufzufüllen. Dies gelingt ihnen durch chemische Reaktion mit anderen Atomen. Ein Kaliumatom wird sein einzelnes Außenelektron durch eine chemische Reaktion an ein anderes Atom abgeben, um so den stabilen Zustand einer aufgefüllten Elektronenschale zu erreichen. Dagegen gehen die Edelgase, wie Neon und Argon, keine chemischen Verbindungen ein, weil ihre äußeren Elektronenschalen bereits vollständig gefüllt sind. Die Elektronenzahl in der äußeren Schale ihrer Atome bestimmt, warum einige Elemente nicht miteinander reagieren, andere Kombinationen dagegen hochexplosiv sind.

2 Kommentare
  1. Trotz der kürze des Videos hat mir das Video Mega gut gefallen und mir auch die Informationen geben die ich brauchte

    Von Ricky1012, vor 5 Monaten
  2. Ok

    Von Jan F., vor 6 Monaten

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 Elektonen 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.

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

  • 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 indem 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.

  • 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 zuviel für eine Edelgaskonfiguration. Da dieser Zustand relativ leicht zu ereichen ist, hat es ein gewaltiges Bestreben sein einzelnes Elektron abzugeben. Daher besitzt es eine sehr kleine Elektronegativität.

  • 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 Hauptgruppe 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 wären noch weitere Schale denkbar und auch ein weiterer Block.

  • 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 verwand 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 Elektonen 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, das 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:

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