Elektronen nach Bohrsches Atommodell?
Hi,
Warum hat z.B. Kalium auf der dritten Schale (M) nur 8 Elektronen, wenn dort Platz für 18 wären? Der verbliebene Elektron wurde auf die 4 (N) Schale gelegt.
Gibt es dort eine Regel?
LG
3 Antworten
Du meinst, warum beim Kalium bereits mit der 4. Schale (einzelnes Valenzelektron) begonnen wird, obwohl die darunter liegende Schale, die eigentlich mehr aufnehmen könnte, nur 8 Elektronen hat?
Im Periodensystem hast du 8 Hauptgruppen (senkrechte Reihen), weil die Außenschalen (Valenzschalen) maximal 8 Elektronen aufnehmen, um das Oktett zu erreichen (Ausnahme erste Periode mit 2 Elektronen: H, He). Wenn du genauer hinschaust, findest du nach der 2. Hauptgruppe weiter unten im Periodensystem zusätzlich Nebengruppen. Dort werden zwischendurch die weiter unten liegenden Schalen "nachgefüllt" und erst danach in der 3. Hauptgruppe die Außenschalen weiter gefüllt.
Außenschalen enthalten nur 8 Elektronen, gesamthaft können es aber mehr als 8 Elektronen pro Schale sein (18 oder gar 32), weil diese später nachgefüllt werden, was für das Atom energetisch günstiger ist. Wie viele Elektronen jeweils nachgefüllt werden, siehst du im Periodensystem an der Anzahl eingeschobener Nebengruppenelemente.
Moin,
das Problem liegt in erster Linie daran, dass das Bohrsche Atommodell streng genommen nur für das Wasserstoffatom gilt. Bei allen Mehrelektronensystemen ist es denkbar ungenau.
Tatsächlich ist es so, dass es für die Elektronenverteilung zunächst einmal zwei interessante Größen gibt, nämlich einerseits den Energiegehalt und andererseits eine Einschränkung der Wahrscheinlichkeit, mit der du ein Elektron dort antriffst, wo du es vermutest.
Beides wird im sogenannten quantenmechanischen Atommodell berücksichtigt.
Tja, und das führt dann, anschaulich gesagt, zu Hauptenergieniveaus (das sind die „Schalen” im Bohrschen Atommodell) und Unterschalen (Orbitalen), in denen man Elektronen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit antrifft.
Dabei gibt es pro Unterraum (Orbital) maximal zwei Elektronen, die dort hineinpassen.
Und nun ist es so, dass es vom dritten Hauptenergieniveau drei Orbitaltypen gibt, das sogenannte s-Orbital, drei p-Orbitale und fünf d-Orbitale.
Wenn du in diese Orbitale jeweils zwei Elektronen gibst, kommst du au (2 + 6 + 10 =) 18 Elektronen maximal.
Das sind die von dir angesprochenen 18 Elektronen, die formal in das dritte Hauptenergieniveau passen.
Das Dumme ist nur, dass die angesprochenen Orbitaltypen energetisch untereinander nicht gleichwertig sind.
Das s-Orbital liegt am günstigsten (energieärmsten). Dann folgen die drei p-Orbitale, die energetisch etwas ungünstiger (höher) liegen.
Zum Schluss und damit am energieungünstigsten (höchsten) liegen die fünf d-Orbitale.
Das zweite Dumme ist, dass das s-Orbital des nächsten Hauptenergieniveaus (der vierten Schale) dann aber sogar energetisch noch günstiger liegt als die fünf d-Orbitale des dritten Hauptenergieniveaus. Deshalb werden nach den 3p-Orbitalen erst das 4s-Orbital und dann erst die 3d-Orbitale mit Elektronen besetzt.
Von innen nach außen kommt es also zu folgender Besetzung der Orbitale mit Elektronen:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p usw.
Diese Besetzung bezeichnet man als Madelung-Schema:
In jedes Orbital passen (wie gesagt) maximal zwei Elektronen.
Beim Kaliumatom im Grundzustand musst du demnach 19 Elektronen verteilen. Das macht 2 Elektronen ins 1s-Orbital, 2 Elektronen pro 2p-Orbital (macht insgesamt 6 Elektronen, weil es drei 2p-Orbitale gibt), 2 Elektronen ins 3s-Orbital, noch einmal 6 Elektronen in die drei 3p-Orbitale und dann eben noch 1 Elektron in das 4s-Orbital: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 1 = 19. Oder (anders geschrieben):
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1
Es wird also erst das etwas günstiger liegende 4s-Orbital der 4. Schale mit einem Elektron besetzt, bevor die 3d-Orbitale der dritten Schale komplettiert werden.
Alles eine Frage des Energiegehalts, also.
Insgesamt gibt es für die konkrete Besetzung der Orbitale vier Faustregeln:
- Die Energieregel
- Die Hundsche Regel
- Das Pauli-Verbot
- Die Regel der halbvoll und vollbesetzten Orbitale
Und gemäß der Energieregel wird nun einmal das 4s-Orbital vor den 3d-Orbitalen mit Elektronen besetzt...
Ich hoffe, du hast alles verstanden.
Dass es zu diesen Besetzungsregeln dann aber auch noch mal bei größeren Atomen zum Teil wilde Ausnahmen vorkommen, ist dann für spätere Studienjahre ein Thema.
LG von der Waterkant
Da ist erst dann Platz für 18 Elektronen, wenn in der 4. Schale schon zwei Elektronen drin sind. Ist das nicht so, passen nur 8 rein.