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 Raumbereich um den Atomkern, in dem sich ein Elektron wahrscheinlich aufhält. Geben Sie eine Ordnungszahl von 1 bis 118 ein, und der Rechner liefert die Elektronenkonfiguration in ausführlicher Schreibweise und in Edelgasschreibweise (Kurzform), zusammen mit einem Diagramm, das zeigt, wie sich die Orbitale füllen.

Was ist die Elektronenkonfiguration?

Die Elektronenkonfiguration ist ein kurzer Code, der zeigt, wie viele Elektronen in jeder Unterschale eines Atoms sitzen. Sie wird als Folge von Bezeichnungen wie 1s, 2s und 2p geschrieben, auf die jeweils eine kleine hochgestellte Zahl folgt. Die Bezeichnung nennt die Energiestufe und die Form der Unterschale. Die hochgestellte Zahl gibt an, wie viele Elektronen sie enthält. Die Konfiguration von Kohlenstoff lautet zum Beispiel 1s² 2s² 2p², also zwei Elektronen in der 1s-Unterschale, zwei in 2s und zwei in 2p.

Drei Regeln bestimmen, wie Elektronen diese Unterschalen füllen:

• Aufbauprinzip: Elektronen füllen zuerst die energieärmsten Unterschalen, bevor sie höhere besetzen.
• Pauli-Prinzip: Jedes Orbital fasst höchstens zwei Elektronen, und diese beiden müssen entgegengesetzten Spin haben.
• Hundsche Regel: Wenn mehrere Orbitale einer Unterschale gleich viel Energie haben, etwa die drei p-Orbitale, besetzen die Elektronen zunächst jedes Orbital einzeln, bevor ein Orbital ein zweites Elektron erhält.

Die Reihenfolge, in der sich die Unterschalen füllen, von der niedrigsten zur höchsten Energie, lautet:

11s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
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Beachten Sie, dass 4s vor 3d gefüllt wird, obwohl die „3“ kleiner ist als die „4“. Das ist einer der kniffligeren Punkte des Schemas, und deshalb bestimmt die oben gezeigte Reihenfolge und nicht die bloße Schalennummer die Abfolge.

Formel der Elektronenkonfiguration: So berechnen Sie sie

Um eine Konfiguration von Hand aufzubauen, gehen Sie die obige Füllreihenfolge durch und setzen Sie Elektronen in jede Unterschale, bis keine mehr übrig sind. Jeder Unterschalentyp fasst eine feste Höchstzahl an Elektronen:

Schritte:

1. Bestimmen Sie die Ordnungszahl des Elements. Sie entspricht der Anzahl der Elektronen in einem neutralen Atom.
2. Gehen Sie die Füllreihenfolge durch (1s, 2s, 2p, 3s, ...) und füllen Sie jede Unterschale bis zu ihrem Maximum, bevor Sie zur nächsten übergehen.
3. Hören Sie auf, sobald alle Elektronen untergebracht sind. Die letzte Unterschale kann nur teilweise gefüllt sein.

Natrium (Na, Ordnungszahl 11)

Natrium hat 11 Elektronen. Füllung der Reihe nach: 1s fasst 2, 2s fasst 2, 2p fasst 6 (Zwischensumme: 10), sodass 1 Elektron für 3s übrig bleibt.

Ausführliche Schreibweise: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Edelgasschreibweise

Die Edelgasschreibweise verkürzt die Konfiguration, indem sie die vollständig besetzten inneren Schalen durch das Symbol des nächstleichteren Edelgases in Klammern ersetzt. Die sechs Edelgase, die als Bezugspunkte dienen, sind Helium (2), Neon (10), Argon (18), Krypton (36), Xenon (54) und Radon (86).

Die ersten zehn Elektronen von Natrium, 1s² 2s² 2p⁶, entsprechen genau der vollständigen Konfiguration von Neon. Natrium lässt sich also so schreiben:

[Ne] 3s¹

Diese Kurzform ist bei größeren Atomen üblich, bei denen die ausführliche Schreibweise ein Dutzend Glieder oder mehr umfassen würde.

Weitere durchgerechnete Beispiele

Ausnahmen vom Aufbauprinzip

Bei einigen Elementen weicht die Füllung von der Reihenfolge ab. Das liegt daran, dass eine Unterschale, die genau halb oder ganz gefüllt ist, etwas stabiler ist als die Anordnung, die das Aufbauprinzip vorhersagt. Deshalb wechselt ein Elektron von der s-Unterschale in die benachbarte d- oder f-Unterschale.

Sechzehn weitere Elemente, überwiegend Übergangsmetalle, Lanthanoide und Actinoide, zeigen ähnliche Unregelmäßigkeiten. Beispiele sind Palladium ([Kr] 4d¹⁰), Platin ([Xe] 6s¹ 4f¹⁴ 5d⁹) und Uran ([Rn] 7s² 5f³ 6d¹). Der Rechner speichert für alle 20 dieser Elemente die beobachtete Grundzustandskonfiguration und nicht diejenige, die die einfache Aufbaureihenfolge vorhersagen würde.

So verwenden Sie den Elektronenkonfigurationsrechner

1. Geben Sie eine Ordnungszahl zwischen 1 und 118 ein.
2. Wählen Sie die Edelgasschreibweise oder die ausführliche Schreibweise.
3. Lesen Sie Elementname, Symbol, Elektronenkonfiguration und das Diagramm der Orbitalfüllung ab.
4. Kopieren Sie das Ergebnis mit der Kopierschaltfläche.

Warum die Elektronenkonfiguration wichtig ist

Die Elektronenkonfiguration eines Atoms, vor allem die Anordnung seiner äußersten Elektronen (Valenzelektronen), bestimmt weitgehend, wie es sich mit anderen Atomen verbindet. Elemente in derselben Spalte des Periodensystems haben eine ähnliche Valenzkonfiguration, weshalb sie sich chemisch ähnlich verhalten. Chemiker nutzen die Elektronenkonfiguration, um Oxidationsstufen, Bindungsarten und Reaktivität vorherzusagen. Physiker nutzen sie, um Atomspektren zu erklären, also die bestimmten Lichtfarben, die ein Element absorbiert oder aussendet. Die Elektronenkonfiguration liegt auch der Schreibweise der Quantenzahlen zugrunde, bei der vier Zahlen (n, l, mₗ, mₛ) die Energiestufe, die Form der Unterschale, die Orientierung des Orbitals und den Spin eines Elektrons beschreiben.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Elektronenkonfiguration? Die Elektronenkonfiguration ist die Anordnung der Elektronen auf die Unterschalen eines Atoms, geschrieben als Folge wie 1s² 2s² 2p⁶. Sie folgt dem Aufbauprinzip, dem Pauli-Prinzip und der Hundschen Regel.

Wie schreibt man eine Elektronenkonfiguration? Führen Sie jede besetzte Unterschale in der Reihenfolge der Füllung auf, mit einer hochgestellten Zahl für ihre Elektronenzahl. Kohlenstoff (Ordnungszahl 6) wird als 1s² 2s² 2p² geschrieben.

Was ist die Edelgasschreibweise? Es ist eine Kurzform, die die Elektronen, die einer vollständigen Edelgaskonfiguration entsprechen, durch das Symbol dieses Gases in Klammern ersetzt, gefolgt von den verbleibenden Elektronen. Natrium ist [Ne] 3s¹ statt 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.

Warum weichen Chrom und Kupfer vom normalen Füllmuster ab? Eine halb oder ganz gefüllte d-Unterschale ist stabiler als die Konfiguration, die die Aufbaureihenfolge vorhersagt, weshalb ein 4s-Elektron in die 3d-Unterschale wechselt.

Wie viele Elektronen fasst eine Unterschale? Eine s-Unterschale fasst bis zu 2, p bis zu 6, d bis zu 10 und f bis zu 14.

Wie hängen Valenzelektronen mit dem Periodensystem zusammen? Valenzelektronen sind die Elektronen in der äußersten Schale. Bei Hauptgruppenelementen entspricht die Zahl der Valenzelektronen meist der Gruppennummer des Elements, weshalb Elemente derselben Gruppe ähnlich reagieren.

Referenzen

1. National Institute of Standards and Technology. Ground Levels and Ionization Energies for the Neutral Atoms (NIST Standard Reference Database 111). NIST-Grundzustände neutraler Atome — Grundzustandskonfigurationen werden mit Edelgassymbolen in Klammern verkürzt.
2. National Institute of Standards and Technology. Electronic configurations of the elements. NIST-Grundzustandskonfigurationen, H bis U — beobachtete Konfigurationen, darunter Na [Ne] 3s¹, Fe [Ar] 3d⁶ 4s², Cr [Ar] 3d⁵ 4s¹, Cu [Ar] 3d¹⁰ 4s¹, Ag [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ und Au [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹.