Das Schalenmodell der Atome – es fasziniert Schülerinnen und Schüler und ebenfalls Chemiebegeisterte weltweit. Ein klassisches Beispiel hierfür ist Aluminium. Aluminium hat ganz spezielle Eigenschaften. Bei näherer Betrachtung stellt sich oft die Frage: Wie viele Elektronen besitzen die verschiedenen Schalen eines Atoms? Genauer gesagt: Aluminium hat 2 Elektronen auf der ersten Schale, 8 auf der zweiten und 3 auf der dritten Schale. Aber wie gelangt man zu dieser Erkenntnis?
Um diese Informationen zu gewinnen braucht man ein solides Wissen über das Schalenmodell. Niels Bohr entwickelte dieses Modell. Sein Ansatz verband klassische Physik mit modernem quantentheoretischem Denken – eine innovative Errungenschaft! Er war der erste – der die quantitativen Spektren des Wasserstoffatoms erfolgreich interpretierte. Dennoch hatte das Modell seine Grenzen. Mehr-Elektronensysteme wurden nicht umfassend erklärt, das reichte nicht aus. Arnold Sommerfeld erweiterte schließlich Bohrs Modell. Die Schalenmodelle sind dabei fundamental. Sie machen es möglich Elektronenkonfigurationen zu erstellen und die Beziehung zur Struktur der Elektronenhülle zu verstehen.
Doch wie viele Schalen ein Element hat hängt direkt mit dessen Periodenzahl zusammen. Im Periodensystem lässt sich dies leicht ablesen. Die Hauptgruppen besitzen ähnlich wie Bedeutung – sie verraten die Anzahl der Außenelektronen. Für Aluminium, ein Element der dritten Periode und der dritten Hauptgruppe, bedeutet das: Es hat drei Schalen und drei Außenelektronen.
Interessant ist die Formel 2n² zur Berechnung der maximalen Elektronenbesetzung einer Schale. Für n als Schalenindex. Beispiel: Die erste Schale (n=1) kann maximal 2 Elektronen aufnehmen. Die zweite Schale (n=2) kann bis zu 8 Elektronen fassen. Die dritte Schale (n=3) ist schlimmer – hier können theoretisch bis zu 18 Elektronen untergebracht werden. Jedoch ist die praktische Besetzung dieser Schalen für viele Elemente entscheidend.
Jetzt schauen wir uns Aluminium genauer an. Die Protonenzahl beträgt 13. Daraus ergibt sich 13 (Protonen) - 3 (Außenelektronen) - 2 (Elektronen der ersten Schale) = 8 Elektronen auf der zweiten Schale. Ein einfaches Rechenspiel – das auf dem Aufbau der Elektronen in den Schalen basiert.
Für Schülerinnen und Schüler sowie Chemiebesessene – die Website chemie-master.de ist eine wertvolle Quelle. Sie zeigt – ebenso wie die Elektronenverteilung bei den angeklickten Elementen erfolgt. Also, seid Ihr bereit für eine spannende Entdeckungsreise in die Welt der Elektronenkonfigurationen? Nutzt die Ressourcen und beginnt zu experimentieren!
Verständnis des Schalenmodells: Wie viele Elektronen befinden sich auf den Schalen von Atomen?
Wie ermittelt man die Elektronenkonfiguration eines Atoms anhand des Schalenmodells?