Elektronenkonfiguration bestimmen: Periodensystem & Schreibweise

15.03.2021 07:20 | von Katharina Befuss

Die Elektronenkonfiguration gibt an, wie die Elektronen in einem Atom angeordnet sind und welche Schalen besetzt sind. Die Elektronenkonfiguration bestimmt, um welches Element es sich handelt. Mit ihrer Hilfe lässt sich vorhersagen, zu welchen Reaktionen ein Element fähig sein wird.

Schützen Sie sich jetzt mit der American Express® Reiserücktrittsversicherung!

Unabhängig und kostenlos dank Ihres Klicks

Die mit einem Symbol gekennzeichneten Links sind Affiliate-Links. Erfolgt darüber ein Einkauf, erhalten wir eine Provision ohne Mehrkosten für Sie. Die redaktionelle Auswahl und Bewertung der Produkte bleibt davon unbeeinflusst. Ihr Klick hilft bei der Finanzierung unseres kostenfreien Angebots.

Elektronenkonfiguration - Definition

Jedes Atom ist aus drei Teilchen aufgebaut: den Protonen, Neutronen und Elektronen. Während die Protonen und Neutronen zusammen einen Kern bilden, schwirren die Elektronen auf Bahnen um den Kern.

Dass sich im Atomkern positive Ladung befindet und die Elektronen sich in einer sehr großen Elektronenhülle um den Kern bewegen, hat Ernest Rutherford zwischen 1909 - 1911 mit dem Rutherfordschen Streuversuch bewiesen. Eine der grundlegenden Aussagen, die er damit machte, war neben der negativen Ladung der Elektronen auch die Größe der Atomhülle, die im Vergleich zum Kern sehr groß ist.
Elektronen können sowohl als Teilchen als auch als Wellen aufgefasst werden. Sie haben keine festen Bahnen. In der modernen Chemie kennt man Molekülorbitale. Das sind die Orte, an denen sich Elektronen mit der größten Wahrscheinlichkeit aufhalten. Es gibt s-, p-, d- und f-Orbitale. Die Elektronenkonfiguration sagt nichts anderes aus als die Verteilung der Elektronen auf die verschiedenen Orbitale. Jedes Orbital kann maximal zwei Elektronen aufnehmen.
Die einzelnen Elemente unterscheiden sich in der Zahl der Protonen und Neutronen. In jedem Element gibt es gleich viele Protonen wie Elektronen. Die Neutronenzahl unterscheidet sich bei vielen Elementen. Es gibt mehrere Isotope von Elementen, also verschiedene Varianten des Elements. So hat ein Wasserstoff-Atom zum Beispiel kein Neutron im Kern. Das Isotop Deuterium hat jedoch ein Neutron, das Isotop Tritium hat zwei Neutronen im Kern.
Das periodische System der Elemente lässt auf einen Blick erkennen, wie die Elektronen in einem Atom angeordnet sind. Von links nach rechts nimmt die Ordnungszahl Z zu. Damit nimmt auch die Massenzahl zu. Von oben nach unten nimmt die Anzahl der Orbitale zu. Es wird zwischen Haupt- und Nebengruppen unterschieden. Die Nebengruppenelemente besetzen zum Beispiel die d-Orbitale, die die Hauptgruppenelemente nicht besetzen.

Periodensystem Elektronenkonfiguration — Die Elektronenkonfiguration lässt sich auf einen Blick vom PSE ablesen. (Bild: Pixabay/Gerd Altmann)

So bestimmen Sie sie

Die Edelgase, also die Gruppe, die am rechten Rand steht, unterscheidet sich von den anderen Gruppen damit, dass die Elemente dieser Gruppe allesamt vollständig besetzte Schalen haben und damit keine "freien" Elektronen besitzen. Das ist der Grund für ihre verminderte Reaktivität, die sie zu guten Schutzgasen macht.

Wenn man die Elektronenkonfiguration bestimmt, geht man von der Elektronenkonfiguration des Edelgases mit der nächstkleineren Ordnungszahl aus und orientiert sich an der Elektronenkonfiguration von diesem. Dann fügt man die zusätzlichen Orbitale bzw. Elektronen hinzu.
Die Elemente der ersten Periode besetzen nur die erste Schale. Sie enthält nur das 1s-Orbital. Darin passen zwei Elektronen. Deswegen gibt es in dieser Periode auch nur zwei Elemente: Wasserstoff und Helium. Helium ist ein Edelgas, weil es alle Schalen, die es besitzt, in diesem Fall nur die K-Schale, also das 1s-Orbital, vollständig mit Elektronen besetzt. Das 1s-Orbital hat eine runde Form.
Die nächste Schale ist die L-Schale. Sie fasst maximal 8 Elektronen. Die Elemente der zweiten Periode besetzen mit ihren Elektronen die L-Schale. Die L-Schale besteht aus vier Orbitalen: dem 2s-, und den 2p-Orbitalen, die in x-, y- oder z-Richtung angeordnet sind. Lithium hat nur 1 Elektron in dieser Schale und besetzt damit nur einen von zwei Plätzen im 2s-Orbital. Neon hat die Schale vollständig besetzt.
Die nächste Schale ist die M-Schale. Sie fasst das 3s-, die 3p- und 3d-Orbitale. 18 Elektronen passen in sie. Das 3s- und die 3p-Orbitale werden in der dritten Periode besetzt. Die 3d-Orbitale werden aber erst nach den 4s-Orbitalen in der 4. Periode besetzt, weil sie energetisch ungünstiger sind als die 4s-Orbitale.
Die N-Schale wird mit 5s-, 5p- und 4d-Orbitalen besetzt. Auch Sie fasst 18 Elektronen. In der 6. Periode kommen noch die f-Orbitale hinzu. Die O-Schale wird mit 6s-, 4f-, 5d-, und 6p-Orbitalen besetzt. Insgesamt passen 32 Elektronen in die O-Schale. Zuletzt wird die 7. Periode besetzt. Auch die P-Schale enthält 32 Elektronen.

Atom Atomorbitale Schalen Elektronen — Die Elektronenkonfiguration bestimmt, welche Atomorbitale zuerst mit Elektronen besetzt werden. (Bild: Pixabay/saylowe)

Kästchenschreibweisen der Elektronenkonfiguration

Das Notieren der Elektronen erfolgt über zwei Schreibweisen:

In eckigen Klammern wird das Edelgas mit der nächst kleineren Ordnungszahl geschrieben. Darauf folgen die zusätzlichen Orbitale, die das Atom zusätzlich zu den Orbitalen hat als das vorangestellte Edelgas-Atom.
Häufig wird die Kästchenschreibweise verlangt. Bei der Kästchenschreibweise handelt es sich eher um eine grafische Darstellung der Elektronenkonfiguration. Die Elektronen werden dabei von Hand in die Orbitale, als Kästchen dargestellt, eingetragen.
Dazu müssen Sie lediglich wissen, welche Orbitale sich in den jeweiligen Schalen befinden. Besetzt werden die einzelnen Unterschalen, also die Orbitale, nach der Hundschen Regel: Entartete (energetisch gleichwertige) Orbitale werden zunächst mit jeweils einem Elektron mit gleichem Spin besetzt. Das spielt bei den p-Orbitalen eine Rolle.
Eine weitere wichtige Regel ist das Pauli-Prinzip. In ein Orbital können nur zwei Elektronen, die einen unterschiedlichen Spin haben. Der Spin wird durch den Pfeil nach oben oder unten dargestellt. Üblicherweise werden Unterschalen immer zuerst mit einem Elektron mit Spin nach oben besetzt.

Elektronenkonfiguration Kästchenschreibweise und übliche Schreibweise für Lithium, Kohlenstoff und Neon — Die Elektronenkonfiguration als Kästchenschreibweise und als übliche Schreibweise. (Bild: Katharina Befuss)

Strom ist nichts anderes als Elektronen, die von einem Ort mit höherem Potential zu einem Ort mit niedrigerem Potential fließen und dabei einen Ausgleich anstreben. Im nächsten Tipp lesen Sie, was Strom ist und wie er funktioniert.

Aktuell viel gesucht