ZirkelschlagArbeitsblätter / Themen A–Z / Chemie
Schalenmodell & Elektronenkonfiguration
Chemie · Klasse 8–9 · 6 Blätter · 75 Aufgaben
LehrplanHessen: Tafel des Wissens – Periodensystem · bis Ende Jg. 9/10
Elektronen besetzen die Hülle in einer festen Reihenfolge, von niedriger zu höherer Energie. Wer die Reihenfolge kennt, schreibt jede Konfiguration bis Krypton auf.
Worum es geht
Im Schalenmodell nimmt die K-Schale 2 Elektronen auf, die L-Schale 8, die M-Schale bis Calcium 8; die Elektronen der äußersten Schale sind die Valenzelektronen. Genauer ist das Orbitalmodell: Jede Schale besteht aus Unterschalen s (2 Elektronen), p (6) und d (10). Sie werden nach steigender Energie besetzt, und dabei kommt 4s vor 3d. Innerhalb einer Unterschale wird jedes Orbital erst einfach besetzt (Hundsche Regel).
Die Regeln
| Regel | Inhalt | Beispiel |
|---|---|---|
| Besetzungsreihenfolge | 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p | K: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ |
| Edelgas-Kurzschreibweise | abgeschlossene Edelgaskonfiguration in eckigen Klammern | Na: [Ne] 3s¹ |
| Ausnahmen | Cr und Cu: ein 4s-Elektron wechselt in 3d | Cu: [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ |
| Kationen | Elektronen mit der höchsten Hauptquantenzahl gehen zuerst: 4p, dann 4s, dann 3d | Fe²⁺: [Ar] 3d⁶ |
| Anionen | zusätzliche Elektronen normal anfügen | Cl⁻: [Ne] 3s² 3p⁶ |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Gib die Elektronenkonfiguration von Eisen (Z = 26) und von Fe³⁺ an.
| Schritt | Überlegung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · Elektronen zählen | Fe: 26 Elektronen | das neutrale Atom hat so viele Elektronen wie Protonen |
| 2 · Auffüllen | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ = 18, dann 4s² = 20, dann 3d⁶ = 26 | 4s liegt energetisch unter 3d und wird zuerst besetzt |
| 3 · Kurzschreibweise | Fe: [Ar] 4s² 3d⁶ | die ersten 18 Elektronen entsprechen Argon |
| 4 · Ion bilden | Fe³⁺: 3 Elektronen abgeben, erst 4s², dann ein 3d | die 4s-Elektronen sind am weitesten außen |
| 5 · Ergebnis | Fe³⁺: [Ar] 3d⁵ | Probe: 18 + 5 = 23 = 26 − 3 |
Der typische Fehler
Bei Kationen die 3d-Elektronen zuerst abziehen. Weil 3d zuletzt aufgefüllt wurde, scheint es logisch, dort auch zuerst wegzunehmen, und man schreibt Fe²⁺ als [Ar] 4s² 3d⁴. Abgegeben werden aber die Elektronen, die am weitesten vom Kern entfernt sind, und das sind die der vierten Schale. Richtig: Fe²⁺ = [Ar] 3d⁶.
So prüfst du dein Ergebnis
Hochzahlen addieren. Die Summe aller Hochzahlen muss die Elektronenzahl ergeben: beim Atom Z, beim Ion Z minus Ladung. Keine Unterschale darf mehr Elektronen enthalten als erlaubt: s höchstens 2, p höchstens 6, d höchstens 10.