Schalen besetzen und Valenzelektronen bestimmen
In Straßenlaternen leuchtet oft ein oranges Licht. Es stammt von Natrium-Atomen. Lukas fragt sich: Warum steht Natrium im Periodensystem genau an dieser Stelle, und was haben seine Elektronen damit zu tun? Am Ende dieser Seite kannst du die Frage beantworten.
Das Schalenmodell: Wie viele Elektronen passen in eine Schale?
Im Kern-Hülle-Modell befinden sich die Elektronen in der Atomhülle. Im Schalenmodell ist die Hülle in Schalen (Energiestufen) gegliedert. Sie werden von innen nach außen mit K, L, M, N bezeichnet. Je weiter außen eine Schale liegt, desto mehr Elektronen passen hinein.
| Schale | K | L | M |
|---|---|---|---|
| Nummer $n$ | 1 | 2 | 3 |
| höchstens $2n^2$ Elektronen | 2 | 8 | 18 |
Merke: Die Schalen werden von innen nach außen gefüllt. Erst wenn die K-Schale voll ist (2 Elektronen), kommt die L-Schale an die Reihe, dann die M-Schale. Für die Elemente mit $Z \le 20$ gilt zusätzlich: Die M-Schale nimmt zunächst nur 8 Elektronen auf. Danach beginnt die N-Schale.
Im Chemieunterricht wird das Schalenmodell besprochen. Die Schalen werden von innen nach außen mit K, L, M und N bezeichnet. a) Gib an, wie viele Elektronen höchstens in…
Im Chemieunterricht wird das Schalenmodell besprochen. Die Schalen werden von innen nach außen mit K, L, M und N bezeichnet.
- a) Gib an, wie viele Elektronen höchstens in die K-Schale und wie viele höchstens in die L-Schale passen.
- b) Das Element Lithium hat die Ordnungszahl $Z = 3$. Gib an, wie viele Elektronen es besitzt und wie sie auf die Schalen verteilt sind.
Schalen besetzen
Bei einem neutralen Atom ist die Zahl der Elektronen gleich der Ordnungszahl $Z$ (Protonenzahl). So gehst du vor:
Bei Kalium ($Z = 19$) und Calcium ($Z = 20$) ist die M-Schale mit 8 Elektronen „abgeschlossen“. Das 19. Elektron kommt deshalb in die N-Schale: Kalium hat K: 2, L: 8, M: 8, N: 1. Calcium hat K: 2, L: 8, M: 8, N: 2.
Natrium ($Z = 11$) wird zum Beispiel in Straßenlaternen verwendet. a) Gib die Anzahl der Elektronen eines neutralen Natrium-Atoms an. b) Gib die Besetzung der Schalen K,…
Natrium ($Z = 11$) wird zum Beispiel in Straßenlaternen verwendet.
- a) Gib die Anzahl der Elektronen eines neutralen Natrium-Atoms an.
- b) Gib die Besetzung der Schalen K, L und M in der Form „K: …, L: …, M: …“ an.
- c) Nenne die Anzahl der Valenzelektronen.
Kalium ($Z = 19$) ist wichtig für Pflanzen und kommt in Düngemitteln vor, die in der Landwirtschaft in der Eifel eingesetzt werden. a) Gib die Besetzung der Schalen K,…
Kalium ($Z = 19$) ist wichtig für Pflanzen und kommt in Düngemitteln vor, die in der Landwirtschaft in der Eifel eingesetzt werden.
- a) Gib die Besetzung der Schalen K, L, M und N an.
- b) Zeichne oder beschreibe das Schalenmodell des Kalium-Atoms: Wie viele Schalen werden gezeichnet und wie viele Elektronen enthält jede?
- c) Leite aus der Besetzung die Periode und die Hauptgruppe ab.
Eine Schülerin behauptet: „Calcium ($Z = 20$) hat in der M-Schale $10$ Elektronen, weil dort ja mehr Platz ist als in der L-Schale.“ a) Gib die richtige…
Eine Schülerin behauptet: „Calcium ($Z = 20$) hat in der M-Schale $10$ Elektronen, weil dort ja mehr Platz ist als in der L-Schale.“
- a) Gib die richtige Elektronenverteilung für Calcium an.
- b) Erkläre, welcher Fehler der Schülerin unterlaufen ist.
- c) Gib Periode, Hauptgruppe und Anzahl der Valenzelektronen von Calcium an.
Periode, Hauptgruppe und Valenzelektronen
Die Besetzung der Schalen steht im Periodensystem (PSE) „auf dem Platz“ des Elements:
Natrium hat 3 besetzte Schalen und 1 Außenelektron: Es steht in der 3. Periode und der I. Hauptgruppe. Von Element zu Element nach rechts kommt in einer Periode jeweils ein Elektron in der Außenschale hinzu. Beginnt eine neue Periode, wird eine neue Schale angefangen.
| Element | Z | Verteilung | Periode | Hauptgruppe |
|---|---|---|---|---|
| Lithium | 3 | 2 \ | 1 | 2 |
| Stickstoff | 7 | 2 \ | 5 | 2 |
| Natrium | 11 | 2 \ | 8 \ | 1 |
| Chlor | 17 | 2 \ | 8 \ | 7 |
| Argon | 18 | 2 \ | 8 \ | 8 |
Auch rückwärts funktioniert es: Ein Element in der 3. Periode und der 2. Hauptgruppe hat 3 Schalen und 2 Außenelektronen, also 2 \| 8 \| 2. Das sind $2 + 8 + 2 = 12$ Elektronen, es ist Magnesium.
Ein Atom hat die Elektronenverteilung K: $2$, L: $5$. a) Bestimme die Ordnungszahl des Elements. b) Gib an, in welcher Periode und in welcher Hauptgruppe des…
Ein Atom hat die Elektronenverteilung K: $2$, L: $5$.
- a) Bestimme die Ordnungszahl des Elements.
- b) Gib an, in welcher Periode und in welcher Hauptgruppe des Periodensystems das Element steht.
- c) Nenne das Element.
Gegeben sind die Elemente Magnesium ($Z = 12$), Chlor ($Z = 17$) und Argon ($Z = 18$). a) Gib für jedes Element die Elektronenverteilung auf die Schalen an. b) Ordne…
Gegeben sind die Elemente Magnesium ($Z = 12$), Chlor ($Z = 17$) und Argon ($Z = 18$).
- a) Gib für jedes Element die Elektronenverteilung auf die Schalen an.
- b) Ordne jedem Element Periode und Hauptgruppe zu.
- c) Begründe anhand der Außenschale, warum Argon kaum Reaktionen eingeht, Chlor aber sehr reaktionsfreudig ist.
Ein unbekanntes Element X steht in der 3. Periode und in der 2. Hauptgruppe. a) Bestimme die Elektronenverteilung auf die Schalen und die Ordnungszahl von X. b) Nenne…
Ein unbekanntes Element X steht in der 3. Periode und in der 2. Hauptgruppe.
- a) Bestimme die Elektronenverteilung auf die Schalen und die Ordnungszahl von X.
- b) Nenne das Element.
- c) Begründe, wie sich die Elektronenverteilung ändert, wenn man im Periodensystem ein Feld nach rechts geht, und wie sie sich ändert, wenn man eine Periode nach unten geht.
Valenzelektronen und chemische Eigenschaften
Elemente einer Hauptgruppe haben gleich viele Valenzelektronen. Weil bei chemischen Reaktionen vor allem die Außenelektronen beteiligt sind, ähneln sich diese Elemente in ihren Eigenschaften. Sie bilden eine Elementfamilie.
| Hauptgruppe | Familie | Valenzelektronen | Beispiele |
|---|---|---|---|
| I | Alkalimetalle | 1 | Lithium, Natrium, Kalium |
| VII | Halogene | 7 | Fluor, Chlor |
| VIII | Edelgase | 8 (He: 2) | Neon, Argon |
Die Edelgase haben eine volle Außenschale. Dieser Zustand ist sehr stabil, deshalb sind Edelgase reaktionsträge. Chlor fehlt nur ein Elektron zur vollen Außenschale, deshalb ist es sehr reaktionsfreudig. Das passt zu seiner Verwendung als Desinfektionsmittel im Hallenbad.
Aus der Außenschale kannst du Eigenschaften vorhersagen: Alkalimetalle (1 Außenelektron) geben dieses Elektron leicht ab und sind sehr reaktiv: Natrium und Kalium reagieren heftig mit Wasser. In der Natur und im Alltag kommen sie deshalb nur in Verbindungen vor, zum Beispiel Natrium im Speisesalz und Lithium-Verbindungen im Handy-Akku. Halogene (7 Außenelektronen) sind ebenfalls reaktiv. Auch sie nutzt man oft in Verbindungen, zum Beispiel Fluor-Verbindungen (Fluorid) in der Zahnpasta; Chlor wirkt im Hallenbad desinfizierend. Edelgase werden gerade wegen ihrer Reaktionsträgheit genutzt: Helium im Luftballon, Neon in der Leuchtreklame und Argon als Schutzgas beim Schweißen.
Gleiche Periode bedeutet nur: gleich viele Schalen. Die Eigenschaften hängen aber an den Valenzelektronen. Natrium (3. Periode, 1 Außenelektron) ist ein weiches, reaktives Metall, Argon (3. Periode, 8 Außenelektronen) ein reaktionsträges Gas.
Die Punkte zeigen die Valenzelektronen in der Außenschale (innere Schalen nicht gezeichnet).
Drei Atome haben die folgenden Elektronenverteilungen: Atom A: K: $2$, L: $8$, M: $1$ Atom B: K: $2$, L: $8$, M: $7$ Atom C: K: $2$, L: $8$, M: $8$ a) Bestimme jeweils…
Drei Atome haben die folgenden Elektronenverteilungen:
Atom A: K: $2$, L: $8$, M: $1$
Atom B: K: $2$, L: $8$, M: $7$
Atom C: K: $2$, L: $8$, M: $8$
- a) Bestimme jeweils Ordnungszahl, Element, Periode und Hauptgruppe.
- b) Ordne jedes Atom einer Elementfamilie zu.
- c) Begründe, dass Atome mit gleicher Valenzelektronenzahl ähnliche chemische Eigenschaften zeigen, und nenne ein Beispiel für ein weiteres Element der Familie von Atom A.
Ein Atom hat insgesamt $16$ Elektronen. Ein zweites Atom hat $3$ Schalen und $4$ Valenzelektronen. a) Bestimme die Elektronenverteilung des ersten Atoms sowie Element,…
Ein Atom hat insgesamt $16$ Elektronen. Ein zweites Atom hat $3$ Schalen und $4$ Valenzelektronen.
- a) Bestimme die Elektronenverteilung des ersten Atoms sowie Element, Periode und Hauptgruppe.
- b) Bestimme das zweite Atom (Elektronenverteilung, Ordnungszahl, Element).
- c) Ein Mitschüler sagt: „Beide Atome haben die gleiche Periode, also die gleichen Eigenschaften.“ Nimm Stellung und begründe.
Zurück zum Anfang: Natrium hat 11 Elektronen (2 | 8 | 1). Es steht in der 3. Periode, weil es 3 Schalen besetzt, und in der I. Hauptgruppe, weil es 1 Valenzelektron hat. Damit gehört es zu den Alkalimetallen.