Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (2024)

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Elektronenkonfiguration einfach erklärt

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(00:13)

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.

Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (1)

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

Elektronenkonfiguration Definition

Die Elektronenkonfiguration gibt an, wie die einzelnen Elektronen eines Atoms oder Ions verteilt sind. Die Elektronen befinden sich dabei in unterschiedlichen Schalen und Orbitalen.

Elektronenkonfiguration Quantenzahlen

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(00:37)

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. Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (2) kann dabei die Zahlen Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (3) annehmen.

Statt den Zahlen verwendest du häufig Buchstaben zur Beschreibung. Dabei sind die Buchstaben wie folgt zur Nebenquantenzahl Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (4) zugeordnet:

  • Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (5) mit Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (6)
  • Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (7) mit Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (8)
  • Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (9) mit Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (10)
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  • Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (13) mit Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (14)
  • usw.

Magnetische Quantenzahl des Drehimpuls ml

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 Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (15)-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 Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (16)-Richtung erhält.

Die magnetische Quantenzahl kann die Werte Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (17) annehmen, kann also in Bezug auf den Betrag nicht größer als die Nebenquantenzahl sein.

Magnetische Spinquantenzahl ms

Sie beschreibt die Orientierung eines Spins zur Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (18)-Achse, einfacher gesagt den Drehsinn des Elektrons. Der Spin eines Elektrons hat die Werte Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (19).

Elektronenkonfiguration Schalen

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(00:19)

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

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(02:01)

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 Besetzungder Orbitale findet in der dargestellten Reihenfolge statt:

Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (20)

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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

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(03:02)

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:

OrbitalAnzahl Elektronen (gesamt)
s2
p6
d10
f14

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.

Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (21)

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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)

Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (22)

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Elektronenkonfiguration Notation

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(04:43)

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:

Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (23)

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

Elektronenkonfiguration • einfach erklärt, bestimmen (24)

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 • einfach erklärt, bestimmen (25)

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:

OrdnungszahlElementElektronenkonfiguration
1
Wasserstoff1s1
2Helium1s2
3Lithium[He]2s1
4Beryllium[He]2s2
5Bor[He]2s22p1
6Kohlenstoff[He]2s22p2
7Stickstoff[He]2s22p3
8Sauerstoff[He]2s22p4
9Fluor[He]2s22p5
10Neon[He]2s22p6
11Natrium[Ne]3s1
12Magnesium[Ne]3s2
13Aluminium[Ne]3s23p1
14Silicium[Ne]3s23p2
15Phosphor[Ne]3s23p3
16Schwefel[Ne]3s23p4
17Chlor[Ne]3s23p5
18Argon[Ne]3s23p6
19Kalium[Ar]4s1
20Calcium[Ar]4s2
21Scandium[Ar]3d14s2
22Titan[Ar]3d24s2
23Vanadium[Ar]3d34s2
24Chrom[Ar]3d54s1
25Mangan[Ar]3d54s2
26Eisen[Ar]3d64s2
27Cobalt[Ar]3d74s2
28Nickel[Ar]3d84s2
29Kupfer[Ar]3d104s1
30Zink[Ar]3d104s2
31Gallium[Ar]3d104s24p1
32Germanium[Ar]3d104s24p2
33Arsen[Ar]3d104s24p3
34Selen[Ar]3d104s24p4
35Brom[Ar]3d104s24p5
36Krypton[Ar]3d104s24p6
37Rubidium[Kr]5s1
38Strontium[Kr]5s2
39Yttrium[Kr]4d15s2
40Zirconium[Kr]4d25s2
41Niob[Kr]4d45s1
42Molybdän[Kr]4d55s1
43Technetium[Kr]4d55s2
44Ruthenium[Kr]4d75s1
45Rhodium[Kr]4d85s1
46Palladium[Kr]4d10
47Silber[Kr]4d105s1
48Cadmium[Kr]4d105s2
49Indium[Kr]4d105s25p1
50Zinn[Kr]4d105s25p2
51Antimon[Kr]4d105s25p3
52Tellur[Kr]4d105s25p4
53Iod[Kr]4d105s25p5
54Xenon[Kr]4d105s25p6
55Caesium[Xe]6s1
56Barium[Xe]6s2
57Lanthan[Xe]5d16s2
58Cer[Xe]4f26s2
59Praseodym[Xe]4f36s2
60Neodym[Xe]4f46s2
61Promethium[Xe]4f56s2
62Samarium[Xe]4f66s2
63Europium[Xe]4f76s2
64Gadolinium[Xe]4f75d16s2
65Terbium[Xe]4f96s2
66Dysprosium[Xe]4f106s2
67Holmium[Xe]4f116s2
68Erbium[Xe]4f126s2
69Thulium[Xe]4f136s2
70Ytterbium[Xe]4f146s2
71Lutetium[Xe]4f145d16s2
72Hafnium[Xe]4f145d26s2
73Tantal[Xe]4f145d36s2
74Wolfram[Xe]4f145d46s2
75Rhenium[Xe]4f145d56s2
76Osmium[Xe]4f145d66s2
77Iridium[Xe]4f145d76s2
78Platin[Xe]4f145d96s1
79Gold[Xe]4f145d106s1
80Quecksilber[Xe]4f145d106s2
81Thallium[Xe]4f145d106s26p1
82Blei[Xe]4f145d106s26p2
83Bismut[Xe]4f145d106s26p3
84Polonium[Xe]4f145d106s26p4
85Astat[Xe]4f145d106s26p5
86Radon[Xe]4f145d106s26p6
87Francium[Rn]7s1
88Radium[Rn]7s2
89Actinium[Rn]6d17s2
90Thorium[Rn]6d27s2
91Protactinium[Rn]5f26d17s2
92Uran[Rn]5f36d17s2
93Neptunium[Rn]5f46d17s2
94Plutonium[Rn]5f67s2
95Americium[Rn]5f77s2
96Curium[Rn]5f76d17s2
97Berkelium[Rn]5f97s2
98Californium[Rn]5f107s2
99Einsteinium[Rn]5f117s2
100Fermium[Rn]5f127s2
101Mendelevium[Rn]5f137s2
102Nobelium[Rn]5f147s2
103Lawrencium[Rn]5f146d17s2
104Rutherfordium[Rn]5f146d27s2
105Dubnium[Rn]5f146d37s2
106Seaborgium[Rn]5f146d47s2
107Bohrium[Rn]5f146d57s2
108Hassium[Rn]5f146d67s2
109Meitnerium[Rn]5f146d77s2
110Darmstadtium[Rn]5f146d97s1
111Roentgenium[Rn]5f146d107s1
112Copernicium[Rn]5f146d107s2
113Nihonium[Rn]5f146d107s27p1
114Flerovium[Rn]5f146d107s27p2
115Moscovium[Rn]5f146d107s27p3
116Livermorium[Rn]5f146d107s27p4
117Tenness[Rn]5f146d107s27p5
118Oganesson[Rn]5f146d107s27p6

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