Alexander Fufaev
Ich heiße Alexander FufaeV und hier erkläre ich das folgende Thema:

Das Schalenmodell: Die Elektronenhülle der Atome erklärt

Das Schalenmodell beschreibt in der Atomphysik die Elektronenverteilung auf den "Energieschalen" eines Atoms im Periodensystem der Elemente. Zum Beispiel lässt sich damit die Elektronenverteilung eines Sauerstoff-Atoms verstehen. Aus dem Periodensystem können wir ablesen, dass ein Sauerstoff-Atom 8 Elektronen hat. Doch wie sind sie im Atom verteilt? Diese Frage beantwortet das Schalenmodell.

Jede Schale repräsentiert eine bestimmte Energie. Die Elektronen können diese Schalen besetzen und damit diese Energie annehmen. Jede Schale kann nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen. Die Elektronen auf der äußersten Schale eines Atoms werden als Valenzelektronen bezeichnet und sie spielen eine entscheidende Rolle bei chemischen Reaktionen.

Die Schalen werden mit Buchstaben gekennzeichnet:

  • Die innerste (erste) Schale wird die K-Schale genannt. Sie kann maximal 2 Elektronen aufnehmen. Dann ist sie vollständig gefüllt.

  • Die zweite Schale heißt L-Schale. Sie kann maximal 8 Elektronen aufnehmen.

  • Die dritte Schale heißt M-Schale. Sie kann maximal 18 Elektronen aufnehmen.

  • Die vierte Schale heißt N-Schale. Sie kann maximal 32 Elektronen aufnehmen.

Schalenmodell der Elektronenhülle mit K, L, M- und N-Schale

Woher weiß ich, wie viele Elektronen eine Schale maximal aufnehmen kann? Dazu gibt es eine Formel. Bezeichnen wir \(n_{\text{max}}\) als die Anzahl der Elektronen, die eine Schale maximal aufnehmen kann. Dann kannst du diese Anzahl mit der folgenden Formel berechnen:

Hierbei ist \(n\) die Schalennummer. Für die erste Schale, die K-Schale, gilt \( n = 1\). Für die zweite Schale, die L-Schale, gilt \( n = 2 \). Für die dritte Schale, die M-Schale, gilt \( n = 3 \). Und so weiter.

Elektronenhüllen verschiedener Atome befüllen

Wenn du in das Periodensystem blickst, kannst du an der Ordnungszahl in der Ecke die Anzahl der Elektronen ablesen. Das Wasserstoffatom hat die Ordnungszahl 1. Es hat also nur ein einziges Elektronen. Wir beginnen mit der innersten Schale, der K-Schale und packen ein Elektron drauf. Da das Wasserstoffatom keine weiteren Elektronen hat, hat es nur eine halbgefüllte K-Schale.

Schalenmodell von Wasserstoff

Das Lithium-Atom hat die Ordnungszahl 3. Damit hat es 3 Elektronen. Wir beginnen mit der K-Schale. Die K-Schale kann zwei Elektronen aufnehmen, also befüllen wir sie mit zwei Elektronen. Das dritte Elektron kommt auf die nächste Schale, die L-Schale.

Tabelle : Elektronenhülle eines Lithium-Atoms
Schale Elektronenanzahl
K-Schale 2
L-Schale 1
Schalenmodell von Lithium

Das Sauerstoff-Atom hat 8 Elektronen. Zwei kommen auf die K-Schale. Die L-Schale kann maximal 8 Elektronen aufnehmen, daher kommen darauf die restlichen 6 Elektronen.

Tabelle : Elektronenhülle eines Sauerstoff-Atoms
Schale Elektronenanzahl
K-Schale 2
L-Schale 6
Schalenmodell von Sauerstoff

Das Aluminium-Atom hat 13 Elektronen. 2 Elektronen kommen auf die K-Schale. Auf die L-Schale kommen 8 Elektronen, dann ist die K-Schale voll. Die restlichen 3 Elektronen kommen auf die M-Schale.

Tabelle : Elektronenhülle eines Aliminium-Atoms
Schale Elektronenanzahl
K-Schale 2
L-Schale 8
M-Schale 3
Schalenmodell von Aluminium