Elektronenkonfigurationsrechner | Alle Elemente 1-118

Was ist ein Elektronenkonfigurationsrechner?

Ein Elektronenkonfigurationsrechner ermittelt, wie die Elektronen eines Atoms auf seine Orbitale verteilt sind. Ein Orbital ist ein Bereich um den Atomkern, in dem ein Elektron wahrscheinlich anzutreffen ist. Geben Sie eine Ordnungszahl von 1 bis 118 ein und wählen Sie eine Schreibweise aus. Der Rechner gibt die Elektronenkonfiguration in vollständiger Schreibweise oder in der Edelgas- beziehungsweise Kurzschreibweise aus, zusammen mit dem Namen des Elements, seinem Symbol und einem Diagramm zur Besetzung der Orbitale.

Was ist eine Elektronenkonfiguration?

Eine Elektronenkonfiguration ist ein kurzer Code, der zeigt, wie viele Elektronen sich in den einzelnen Unterschalen eines Atoms befinden. Sie wird als Folge von Bezeichnungen wie 1s, 2s und 2p geschrieben, auf die jeweils eine kleine hochgestellte Zahl folgt. Die Bezeichnung nennt das Energieniveau und die Form der Unterschale. Die hochgestellte Zahl gibt die Anzahl der Elektronen darin an. Die Konfiguration von Kohlenstoff lautet beispielsweise 1s² 2s² 2p². Das bedeutet: zwei Elektronen in der 1s-Unterschale, zwei in 2s und zwei in 2p.

Drei Regeln bestimmen, wie Elektronen diese Unterschalen besetzen:

• Aufbauprinzip: Elektronen besetzen zuerst die Unterschalen mit der niedrigsten Energie, bevor sie zu höheren Energieniveaus übergehen.
• Pauli-Ausschlussprinzip: Jedes Orbital kann höchstens zwei Elektronen aufnehmen, und die beiden müssen entgegengesetzte Spins haben.
• Hundsche Regel: Wenn mehrere Orbitale einer Unterschale die gleiche Energie besitzen, etwa die drei p-Orbitale, besetzen die Elektronen zunächst jedes Orbital einzeln, bevor ein Orbital ein zweites Elektron erhält.

Die Reihenfolge, in der die Unterschalen von der niedrigsten bis zur höchsten Energie besetzt werden, lautet:

11s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
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Dabei wird 4s vor 3d besetzt, obwohl die „3“ kleiner als „4“ ist. Das ist einer der weniger offensichtlichen Teile dieses Musters. Deshalb bestimmt die oben angegebene Reihenfolge die Abfolge und nicht die bloßen Schalennummern.

Formel der Elektronenkonfiguration: So wird sie berechnet

Um eine Konfiguration von Hand zu erstellen, gehen Sie die oben angegebene Besetzungsreihenfolge durch und tragen Elektronen in jede Unterschale ein, bis keine mehr übrig sind. Jeder Unterschalentyp kann eine festgelegte Höchstzahl an Elektronen aufnehmen:

Schritte:

1. Ermitteln Sie die Ordnungszahl des Elements. Sie entspricht der Anzahl der Elektronen in einem neutralen Atom.
2. Gehen Sie die Besetzungsreihenfolge (1s, 2s, 2p, 3s, ...) durch und füllen Sie jede Unterschale bis zu ihrer Höchstzahl, bevor Sie zur nächsten übergehen.
3. Beenden Sie den Vorgang, sobald jedes Elektron eingeordnet ist. Die letzte Unterschale kann nur teilweise gefüllt sein.

Beispielrechnung: Natrium (Na, Ordnungszahl 11)

Natrium besitzt 11 Elektronen. In der Besetzungsreihenfolge fasst 1s 2 Elektronen, 2s 2, 2p 6 (insgesamt: 10); somit bleibt 1 Elektron für 3s.

Vollständige Schreibweise: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Edelgas-Schreibweise

Bei der Edelgas-Schreibweise werden die vollständig besetzten inneren Schalen durch das Symbol des nächstleichten Edelgases in eckigen Klammern ersetzt. Die sechs Edelgase, die als Bezugspunkte verwendet werden, sind Helium (2), Neon (10), Argon (18), Krypton (36), Xenon (54) und Radon (86).

Die ersten zehn Elektronen von Natrium, 1s² 2s² 2p⁶, stimmen genau mit der vollständigen Konfiguration von Neon überein. Natrium kann daher folgendermaßen geschrieben werden:

[Ne] 3s¹

Diese Kurzschreibweise ist bei größeren Atomen üblich, bei denen die vollständige Schreibweise ein Dutzend oder mehr Terme umfassen würde.

Weitere Rechenbeispiele

Ausnahmen vom Aufbauprinzip

Einige wenige Elemente folgen der Besetzungsreihenfolge nicht genau. Eine halb besetzte oder vollständig besetzte Unterschale ist etwas stabiler als die Anordnung, die das Aufbauprinzip vorhersagt. In den meisten Fällen wandert ein Elektron aus der äußeren s-Unterschale in die darunterliegende d-Unterschale. Bei einigen Elementen, etwa Lanthan und Actinium, gelangt ein Elektron in die d-Unterschale, statt die f-Unterschale zu beginnen.

Der Rechner enthält die gemessene Grundzustandskonfiguration für 20 solcher Elemente und verwendet sie anstelle der Vorhersage durch das Aufbauprinzip. Dies sind Chrom (24), Kupfer (29), Niob (41), Molybdän (42), Ruthenium (44), Rhodium (45), Palladium (46), Silber (47), Lanthan (57), Cer (58), Gadolinium (64), Platin (78), Gold (79), Actinium (89), Thorium (90), Protactinium (91), Uran (92), Neptunium (93), Curium (96) und Lawrencium (103). Jedes andere Element von 1 bis 118 folgt der einfachen Besetzungsreihenfolge.

So verwenden Sie den Elektronenkonfigurationsrechner

1. Geben Sie eine Ordnungszahl zwischen 1 und 118 ein.
2. Wählen Sie die Edelgas-Schreibweise oder die vollständige Schreibweise.
3. Lesen Sie den Elementnamen, das Symbol, die Elektronenkonfiguration und das Diagramm zur Orbitalbesetzung ab.
4. Kopieren Sie das Ergebnis mit der Kopierschaltfläche.

Warum die Elektronenkonfiguration wichtig ist

Die Elektronenkonfiguration eines Atoms, insbesondere die Anordnung seiner äußersten Elektronen (Valenzelektronen), bestimmt weitgehend, wie es Bindungen mit anderen Atomen eingeht. Elemente in derselben Spalte des Periodensystems besitzen eine ähnliche Valenzelektronenkonfiguration und verhalten sich deshalb chemisch ähnlich. Chemiker verwenden Elektronenkonfigurationen, um Oxidationsstufen, Bindungstypen und Reaktivität vorherzusagen. Physiker nutzen sie, um Atomspektren zu erklären, also die spezifischen Farben des Lichts, die ein Element absorbiert oder emittiert. Die Elektronenkonfiguration bildet außerdem die Grundlage für die Schreibweise mit Quantenzahlen. Dabei beschreiben vier Zahlen (n, l, mₗ, mₛ) das Energieniveau, die Form der Unterschale, die räumliche Ausrichtung des Orbitals und den Spin eines Elektrons.

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine Elektronenkonfiguration?

Eine Elektronenkonfiguration beschreibt die Verteilung der Elektronen auf die Unterschalen eines Atoms. Sie wird als Folge wie 1s² 2s² 2p⁶ geschrieben und folgt dem Aufbauprinzip, dem Pauli-Ausschlussprinzip und der Hundschen Regel.

Wie schreibt man eine Elektronenkonfiguration?

Listen Sie jede besetzte Unterschale in der Reihenfolge ihrer Besetzung auf. Eine hochgestellte Zahl gibt dabei die Anzahl ihrer Elektronen an. Kohlenstoff (Ordnungszahl 6) wird als 1s² 2s² 2p² geschrieben.

Was ist die Edelgas-Schreibweise?

Dabei werden die Elektronen, die einer vollständigen Edelgaskonfiguration entsprechen, durch das Symbol dieses Gases in eckigen Klammern ersetzt. Danach folgen die übrigen Elektronen. Natrium wird als [Ne] 3s¹ statt als 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ geschrieben.

Warum weichen Chrom und Kupfer vom normalen Besetzungsmuster ab?

Eine halb besetzte oder vollständig besetzte d-Unterschale ist stabiler als die vom Aufbauprinzip vorhergesagte Konfiguration. Deshalb wandert ein 4s-Elektron in die 3d-Unterschale. Chrom erhält dadurch die Konfiguration [Ar] 4s¹ 3d⁵ und Kupfer [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. Palladium geht noch weiter und leert seine 5s-Unterschale vollständig. Dadurch entsteht [Kr] 4d¹⁰.

Wie viele Elektronen kann eine Unterschale aufnehmen?

Eine s-Unterschale kann bis zu 2 Elektronen aufnehmen, eine p-Unterschale bis zu 6, eine d-Unterschale bis zu 10 und eine f-Unterschale bis zu 14.

Wie hängen Valenzelektronen und Periodensystem zusammen?

Valenzelektronen befinden sich in der äußersten Schale. Bei Hauptgruppenelementen entspricht die Anzahl der Valenzelektronen meist der Gruppennummer des Elements. Deshalb reagieren Elemente derselben Gruppe auf ähnliche Weise.