Wie Elektronen angeordnet sind
Elektronen umkreisen den Kern nicht einfach zufällig. Sie besetzen Schalen (auch Energieniveaus genannt), von denen jede eine begrenzte Anzahl von Elektronen aufnehmen kann:
| Schale | Maximale Elektronen |
|---|---|
| 1. (kernnahe) | 2 |
| 2. | 8 |
| 3. | 8 (für die ersten 20 Elemente) |
Elektronen füllen immer zuerst die niedrigste verfügbare Schale.
Elektronenkonfigurationen schreiben
Die Elektronenkonfiguration zeigt, wie viele Elektronen in jeder Schale sind, getrennt durch Kommas:
| Element | Ordnungszahl | Konfiguration |
|---|---|---|
| Wasserstoff | 1 | 1 |
| Sauerstoff | 8 | 2, 6 |
| Natrium | 11 | 2, 8, 1 |
| Calcium | 20 | 2, 8, 8, 2 |
Die Anzahl der Elektronen in der äußeren Schale (Valenzelektronen) bestimmt, wie ein Element reagiert. Elemente in derselben Gruppe des Periodensystems haben die gleiche Anzahl von Außenelektronen — deshalb verhalten sie sich ähnlich.
Vollständige äußere Schalen und Stabilität
Atome mit einer vollständigen äußeren Schale sind sehr stabil und unreaktiv. Das sind die Edelgase (Helium, Neon, Argon usw.). Die meisten anderen Atome reagieren, um eine vollständige äußere Schale zu erreichen, entweder durch:
- Teilen von Elektronen (kovalente Bindungen)
- Gewinnen oder Verlieren von Elektronen (ionische Bindungen)
Verbindung von Schalen und Periodensystem
Das Periodensystem ist nach Elektronenschalen strukturiert:
- Periode 1 (H, He): Elektronen nur in der 1. Schale
- Periode 2 (Li → Ne): Elektronen füllen die 2. Schale
- Periode 3 (Na → Ar): Elektronen füllen die 3. Schale
- Gruppen 1–7: zeigen, wie viele Elektronen in der äußeren Schale sind
- Gruppe 0: volle äußere Schale, Edelgase
Du kannst Elektronenschalendiagramme als konzentrische Kreise um einen Kern zeichnen. Der innere Kreis (1. Schale) fasst bis zu 2 Elektronen; die nächsten Kreise bis zu je 8. Punkte oder Kreuze stellen Elektronen dar.
Praxisbezug: Edelgase in Leuchtreklamen
Neon (2,8) und Argon (2,8,8) haben vollständig gefüllte äußere Elektronenschalen, was sie fast völlig unreaktiv macht. Deshalb wird Neon in Leuchtreklamen verwendet (es leuchtet, ohne zu reagieren) und Argon in Glühbirnen (schützt den Wolframfaden vor Oxidation).
Praxisbezug: Natrium reagiert mit Wasser
Natrium (2,8,1) hat nur ein Elektron in der äußeren Schale. Es ist extrem reaktiv, weil es dieses eine Elektron gerne abgibt, um die stabile Konfiguration 2,8 zu erreichen. Deshalb zischt Natrium heftig, wenn es mit Wasser in Berührung kommt.
Praxisbezug: Chlor in Schwimmbädern
Chloratome (2,8,7) haben 7 Elektronen in der äußeren Schale — eines weniger als die stabile 8. Das macht Chlor sehr reaktiv. Chlor wird in Schwimmbädern eingesetzt, um Bakterien abzutöten (durch Oxidation ihrer Zellmembranen). Diese Reaktivität ergibt sich direkt aus seiner fast vollen äußeren Elektronenschale.
Wo begegnet dir das im Alltag? Die Reaktivität aller Alltagschemikalien — vom Natrium im Kochsalz über das Chlor in Desinfektionsmitteln bis zum Neon in Leuchtschildern — ergibt sich direkt aus der Anzahl der Elektronen in der äußeren Schale.
Übungsaufgaben
Zeichne die Elektronenkonfiguration von Chlor (Ordnungszahl 17) und erkläre, warum es reagiert, um ein Elektron aufzunehmen.