Maximale Elektronen Besetzung 8 oder nicht (Chemie)?

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4 Antworten

Das kriegt man in der Schule auch selten so erklärt, dass man es verstehen kann. (Wenn man überhaupt so was wie eine Erklärung kriegt.) Offensichtlich lernt man die Erklärung auch nur in theoretischer Chemie oder so was, aber nicht im Studium der Chemie auf Lehramt.

Die Grundlagen des Schalenmodells liegen im Wasserstoffatom.

Und hier haben alle Unterschalen und Unterunterschalen einer bestimmten Schale auch nicht nur annähernd, sondern exakt dasselbe Energieniveau. (An die Korinthenkacker: An dieser Stelle auf die Wechselwirrungen (Tippfehler beabsichtigt) mit dem Kernspin und anderen winzigen Effekten einzugehen, ginge nun wirklich zu weit.)

Im Wasserstoffatom hat das (einzige) Elektron in jeder Schale 2 n² Möglichkeiten, seine übrigen "Quantenzahlen" einzustellen. Deshalb passen hier in jede Schale 2 n² Elektronen.

Wenn ein Atom mehr als ein Elektron hat, beeinflussen sich die Elektronen natürlich gegenseitig.

Wenn alle "Schalen" brav kugelschalenförmig wären, wie der Name nahelegt, würde jedes Elektron genau eine positive Ladung im Kern nach außen abschirmen, und die äußerste Schale sähe ähnlich aus wie im Wasserstoffatom - bei nur einem Valenzelektron sogar exakt gleich, und das bei allen Unterschalen.

Nun sind die "Schalen" bzw. "Elektronenbahnen" aber alles andere als kugelförmig, sondern kommen dem Kern mehr oder weniger nahe. Manchmal sogar sehr nahe, besonders die "s-Orbitale". Damit tauchen die Elektronen tief unter "tieferliegende" Schalen ab und bekommen weit mehr Ladung zu spüren als nach dem Kugelschalenmodell zu erwarten wäre.

Im Periodensystem sieht man auf diese Weise deutlich, dass die s-Elektronen tief genug "abtauchen", um an der Stelle eingesetzt zu werden, wo man es erwarten würde, während höhere Nebenschalen "weiter oben schwimmen" und deshalb erst später "nachgeholt" werden. Die s-, p-, d- und f-Unterschalen werden im großen und ganzen in folgender Reihenfolge aufgefüllt:

1. Periode:   1 s

2. Periode:   2 s   2 p

3. Periode:   3 s   3 p

4. Periode:   4 s   3 d   4 p

5. Periode:   5 s   4 d   5 p

6. Periode:   6 s   4 f   5 d   6 p

7. Periode:   7 s   5 f   6 d   7 p

(Besonders in der 6. und 7. Periode ist das nur näherungsweise gültig; hier ist die Reihenfolge von f- und d-Elektronen nicht so eindeutig festgelegt, und sogar die s-Schale verliert zwischendurch mal ein Elektron.)

(Tiefergehende Informationen z. B. bei https://www.gutefrage.net/frage/was-genau-sind-die-orbitalen-eines-atoms-und-was-hat-es-mit-s1-s2-p1usw-auf-sich und https://www.gutefrage.net/frage/quantenzahlen-elektronenverteilung-und-orbitale)

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Hi,

 Die maximale Anahl Elektronen pro Schale errechnet sich nach:

Max= 2* Schalennummer^2,

also für Schale 1 : Max = 2* 1^2 = 2,

also für Schale 4 : Max = 2* 4^2 = 32.

Die Oktettregel sagt aus, daß die Atome mit 8 Elektronen die Edelgaskonfiguration erreicht haben und besonders stabil sind.

Beide Regeln sind richtig. Um die scheinbare Diskrepanz zu verstehen, muß man für den Atombau das Orbitalmodell und Haupt- und Nebenquantenzahlen kennen.

In einer ganz groben Vereinfachung kann man sagen, daß die Atome mit 8 Elektronen eine volle Außenschale haben und dadurch stabil sind (Hauptgruppenelemente); die restlichen Elektronen kommen weiter "innen" auf energetisch ungünstigere Positionen(Nebengruppenelemente). Dadurch tragen sie nicht zu den Valenzelektronen bei, die für chemische Reaktionen vornehmlich relevant sind.

m.f.G. 

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8 ist der energieärmste zustand und danach streben alle atome, die zahlen die du angegeben hast sind die anzahl die man theoretisch in der schale unterbringen könnte 

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Sphärenmodell ... Kugelwolkenmodell .. das sind die kläglichen Versuche den Schülern die Orbitaltheorie näher zu bringen ohne von Orbtialen zu sprechen - das Wort Orbital kann man ja nicht einfach auf die hilflosen Schüler loslassen!

Deine Frage fasst trefflich zusammen, was diese Darstellungen liefern: mehr Verwirrung, weniger Verständnis - Problem gelöst!

Mir sind diese Modell zuwider, weshalb ich dir einen Überblick über das Orbitalmodell geben werde. Dieser hat allerdings keineswegs einen Anspruch auf Vollständigkeit - das wäre eien utopische Aufgabe. Es sollte aber genügen um dir zu erklären woher die Anzahl der Elektronen kommt.

Ein Orbital ist ein Aufenthaltswahrscheinlichkeitsraum in dem sich Elektronen mit der größten Wahrscheinlichkeit aufhalten. In jedem Orbital können zwei Elektronen unterschiedlichen Spins gepaart werden.

Jedes Elektron eines Atoms lässt sich durch vier Quantenzahlen beschreiben:

Hauptquantenzahl n

Nebenquantenzahl l =< n-1

Magentquantenzahl ml = -l,..,0,...+l

Spinquantenzahl s = +1/2 oder -1/2

Hierbei beschreibt n die Größenordnung der Orbitalenergie, l die Form des Orbitals und ml die Anzahl der Ausrichtungsmöglichkeiten des Orbitals im Raum im Magnetfeld und somit die Anzahl der Entartungen (energetisch gleichwertigen Orbitale). Die Spinquantenzahl beschreibt letztendlich nur den Elektronenspin und nicht die Orbitale.

Schauen wir uns nun einmal an welche Orbitale es für verschiedene Quantenzahlen gibt:

In der ersten Periode des PSE beträgt die Hauptquantenzahl n = 1.

Darauß resultiert l = 0. Dieses Oribtal heißt s-Orbital. Für ml gibt es nur einen möglichen Wert, nämlich 0, daher hat es keine Entartungen. Da pro Orbital zwei Elektronen Platz haben passen in das s-Orbtial also genau zwei Elektronen.

Ein Blick ins PSE verrät uns: hier stehen genau zwei Elemente: H und He.

Gehen wir in die zweite Periode. Hier beträgt n = 2.

Das bedeutet es gibt sowohl ein Orbital mit l=0, als auch ein Orbital mit l=1. Da wir l=0 bereits kennen schauen wir uns l=1 an. Dieses Orbital heißt p-Orbital. Hierfür lassen sich für ml auf einmal 3 Werte finden: -1,0+1, was bedeutet, dass es 3 energetisch gleichwertige p-Orbitale gibt. Da jedes davon mit zwei Elektronen befüllt werden kann kommen wir auf 6 Elektronen für alle p-Orbitale. Nun schauen wir wieder ins PSE. Wir sehen Li und Be auf der einen Seite und B,C,B,O,F und Ne auf der anderen Seite. Offenbar spiegelt sich die Anzahl der Elemente im PSE in der Besetzung der Orbitale wieder.

Folgen wir diesem Trend würden wir für die 3. Periode neben dem s- und dem p-Orbital ein d-Orbital erwarten, in welches 10 Elektronen passen. Leider ist es hier nichtmehr so trivial. Die Orbitale werden nämlich nach ihrer Energie befüllt und unglücklicherweise ist das 4s-Orbital energetisch günstiger als das 3d-Orbital. Das ist der Grund dafür, dass wir die 3d-Orbtiale erst in der 4. Periode finden, nämlich die innernen Übergangsmetalle von Sc bis Zn. Eine weitere Unregelmäßigkeit tritt ebenfalls bei dem 4f-Orbital mit 14 Elektronen ein - dieses kommt nämlich erst in der 6. Periode mit den äußeren Übergangsmetallen von La bis Yb.

Beachtet man aber diese Unregelmäßigkeiten kann man auf diese Weise sehr exakt erklären wieviele Elektronen einem Element pro Schale (Energieniveau) zur Verfügung stehen und warum die Übergangsmetalle genau an der Stelle im PSE stehen an der sie eben stehen.

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