Wie zeichnet man das Bohrsche Schalenmodell?
Meine Frage lautet: Wenn in die dritte Schale maximal 18 Elektronen reinpassen, wieso mussten wir in der Schule dann die letzten zwei Elktronen des Calcium Atoms in die vierte Schale einzeichnen statt in die dritte? Immerhin hat die dritte Schale ja noch genug Platz.
4 Antworten
Das ist das Problem mit der Oktettregel. Mit 8 Elektronen sind die Schalen ab 2 so stabil besetzt, dass die folgenden Elektronen zunächst auf die nächste Schale kommen. Es sieht so aus, als seien die Schalen damit also bereits gefüllt. Zwar passen bekanntlich weit mehr Elektronen in höhere Schalen, allerdings werden sie erst später besetzt, was aber für die Chemie der "kleinen" Atome erstmal keine Rolle spielt.
Die maximale Anzahl an Elektronen, die sich auf einer Schale befinden können, ist durch die Formel
Ne = 2n² gegeben.
Dabei ist n die Hauptquantenzahl, wobei n = 1 der K-Schale entspricht, n = 2 der L-Schale und n = 3 der M-Schale. Auf die M-Schale passen demnach
Ne = 2 * 3² = 18 Elektronen.
Nun ist es aber so, dass die Schalen nicht immer maximal aufgefüllt werden, bevor die nächste Schale besetzt wird. Das liegt daran, dass die Elektronen auf einer Schale (mit derselben Hauptquantenzahl) nicht dieselben Energiezustände haben, da sie sich in unterschiedlicher Art um den Kern bewegen (unterschiedliche Orbitale = unterschiedliche Nebenquantenzahlen). Daher ist es oft energetisch günstiger, wenn neue Elektronen eine neue (höhere) Schale besetzen, als die energiereicheren Orbitale der Schale darunter.
Wie das systematisch aussieht, kann man beim Aufbauprinzip ablesen.
Das Bohrsche Atommodell stößt dort an seine Grenzen. Dass "höhere" Unterschalen erst später "nachgeholt" werden, ist mit einem Kugelschalenmodell nicht zu erklären.
Deshalb hat Sommerfeld das Bohr-Modell erweitert um elliptische Bahnen. Das erfordert zwar zwei, drei Postulate mehr (Quantisierung der Elliptizitäten, Einschränkung der verfügbaren Elektronenplätze auch auf den Einzelbahnen), erklärt aber mehr.
Wesentlich zufriedenstellender kann man es mit der Quantenmechanik erklären, aber darum geht es ja in der Frage ausdrücklich nicht.
In eine Außenschale dürfen nur maximal 8 Elektronen!