Atomdiagramme, die die geschichtete elektronische Konfiguration der Elemente zeigen

Atomdiagramme bestehen aus einer vereinfachten Darstellung der elektronischen Konfiguration eines Atoms durch Schichten oder Energieniveaus. Sie sind eine sehr einfache Möglichkeit, die Valenzschale eines Elements sowie die Anzahl der in den inneren Schalen vorhandenen Elektronen zu sehen, was nützlich ist, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Elements vorherzusagen.

Wie werden Atomdiagramme aufgebaut?

Die Konstruktion von Atomdiagrammen basiert auf der elektronischen Konfiguration des Elements. Es ist ein relativ einfacher Prozess, der für jedes Atom im Periodensystem auf die gleiche Weise durchgeführt wird. Der Ablauf ist folgender:

Schritt Nr. 1: Schreiben Sie die elektronische Konfiguration des Elements

Die elektronische Konfiguration ergibt sich aus der Regenregel und der Gesamtzahl der Elektronen des betreffenden Atoms. Handelt es sich um ein neutrales Atom, entspricht die Anzahl der Elektronen der Ordnungszahl des Elements. Handelt es sich dagegen um ein Ion, errechnet sich die Anzahl der Elektronen aus der Ordnungszahl minus der elektrischen Ladung des Ions (einschließlich Vorzeichen, falls es negativ ist). Das heißt, die folgende Formel wird verwendet:

Sobald die Anzahl der Elektronen erreicht ist, werden sie auf die verschiedenen Unterebenen des Atoms verteilt, wobei zuerst diejenigen mit der niedrigsten Energie gefüllt werden, bis sie vollständig gefüllt sind, bevor sie zum nächsten Orbital oder Unterebene übergehen. Die Füllreihenfolge wird durch die Madelung-Regel, auch Regenregel genannt, bestimmt und ist in der folgenden Abbildung schematisiert dargestellt:

Das heißt, die Füllung erfolgt gemäß der Summe von n+l, anstatt nur n zu berücksichtigen. Die Liste aller Unterschalen mit der maximalen Anzahl von Elektronen, die nach dieser Füllregel in jede passen können, lautet:

Es gibt weitere Unterebenen, aber kein Element im Periodensystem schafft es, Elektronen darin zu lokalisieren.

Schritt Nr. 2: Gruppieren Sie die Orbitale in der Reihenfolge des ansteigenden Energieniveaus

Das Füllen der Orbitale nach der Methode des Regens erzeugt nicht immer die nach dem Hauptenergieniveau geordnete elektronische Konfiguration. Aus diesem Grund müssen sie nach dem Ausfüllen der Unterschalen nach ihrem nicht-hauptsächlichen Quantenzahlwert gruppiert werden.

Schritt Nr. 3: Addieren Sie die Elektronen in jedem Energieniveau, um die Konfiguration der Elektronenhülle zu erhalten

Sobald die endgültige elektronische Konfiguration erreicht ist, addieren wir die Anzahl der Elektronen in allen Orbitalen, die in jeder Ebene vorhanden sind. Auf diese Weise erhält man den sogenannten elektronischen Aufbau durch Ebenen oder durch Schichten. Jedes Hauptenergieniveau (dh jeder Wert von n) wird mit einem Großbuchstaben des Alphabets identifiziert, beginnend mit dem Buchstaben K, wie in der folgenden Tabelle angegeben:

Die maximale Anzahl von Elektronen wird als Referenz gesetzt, um zu verifizieren, dass es keinen Fehler bei der Zählung oder Verteilung von Elektronen gab. Ein Atom kann weniger als das Maximum in seinen letzten elektronischen Schalen haben, aber es kann niemals mehr als diese Anzahl haben.

Schritt #4: Erstellen Sie ein Diagramm mit so vielen konzentrischen Kreisen wie der Zeitraum, in dem sich das Element befindet

Durch die geschichtete Konfiguration sind wir bereit, das Atomdiagramm zu erstellen. Zeichnen Sie einfach eine Reihe konzentrischer Kreise um den Atomkern. Für jede Schale, die Elektronen enthält, muss ein Kreis gezeichnet werden. Wenn also die Schalenkonfiguration eines Atoms K ²   L ⁵ ist, müssen zwei Kreise gezeichnet werden, einer für die K-Schale (n=1) und einer für die L-Schale (n=2). Die Anzahl der elektronischen Schichten eines Elements stimmt mit der Periode überein, in der es sich im Periodensystem befindet.

Schritt #5: Beginnend mit dem kleinsten Umfang (n=1), verteilen Sie die Elektronen in jedem Energieniveau, bis sie alle erschöpft sind

Abschließend wird auf jedem dieser Umfänge für jedes Elektron, das die jeweilige Schale enthält, ein kleiner Kreis gezeichnet. Im vorherigen Beispiel (K ²   L ⁵ ) müssen wir zwei Elektronen in den ersten Kreis und 5 in den zweiten platzieren. Es sollten alle Anstrengungen unternommen werden, um die Elektronen so gleichmäßig wie möglich zu verteilen.

Beispiele für den Aufbau von Atomdiagrammen der Elemente

Wasserstoff (H, Z=1)

Anzahl der Elektronen: 1

Elektronische Konfiguration (Regenmethode): 1s ¹

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Schichtelektronenkonfiguration: K ¹

Anzahl belegter Schichten: 1

Atomdiagramm von Wasserstoff:

Sauerstoff (O, Z=8)

Anzahl der Elektronen: 8

Elektronenkonfiguration (Regenmethode): 1s ²   2s ²   2p ⁴

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Elektronenkonfiguration nach Schichten: K ²   L ⁶

Anzahl belegter Schichten: 2 (zwei konzentrische Kreise)

Atomdiagramm Sauerstoff:

Natrium (Na, Z=11)

Anzahl der Elektronen: 11

Elektronenkonfiguration (Regenmethode): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ¹

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Elektronenkonfiguration nach Schichten: K ²   L ⁸   M ¹

Anzahl belegter Schichten: 3 (drei konzentrische Kreise)

Atomdiagramm Natrium:

Aluminium (Al, Z=13)

Anzahl der Elektronen: 13

Elektronenkonfiguration (Regenmethode): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ¹

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Elektronenkonfiguration nach Schichten: K ²   L ⁸   M ³

Anzahl belegter Schichten: 3 (drei konzentrische Kreise)

Atomdiagramm von Aluminium:

Phosphor (P, Z=15)

Anzahl der Elektronen: 15

Elektronenkonfiguration (Regenmethode): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ³

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Elektronenkonfiguration nach Schichten: K ²   L ⁸   M ⁵

Anzahl belegter Schichten: 3 (drei konzentrische Kreise)

Phosphor Atomdiagramm:

Kalzium (Ca, Z=20)

Anzahl der Elektronen: 20

Elektronenkonfiguration (Regenmethode): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Schichtelektronenkonfiguration: K ²   L ⁸   M ⁸   N ²

Anzahl belegter Schichten: 4 (vier konzentrische Kreise)

Calcium-Atomdiagramm:

Zink (Zn, Z=30)

Anzahl der Elektronen: 30

Elektronenkonfiguration (Regenmethode): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Schichtelektronenkonfiguration: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ²

Anzahl belegter Schichten: 4 (vier konzentrische Kreise)

Atomdiagramm von Zink:

Germanium (Ge, Z=32)

Anzahl der Elektronen: 32

Elektronenkonfiguration (Regenmethode): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ²

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Elektronenkonfiguration nach Schichten: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁴

Anzahl belegter Schichten: 4 (vier konzentrische Kreise)

Atomdiagramm Germanium:

Brom (Br, Z=35)

Anzahl der Elektronen: 35

Elektronenkonfiguration (Regenmethode): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁵

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Elektronenkonfiguration nach Schichten: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁷

Anzahl belegter Schichten: 4 (vier konzentrische Kreise)

Atomdiagramm Brom:

Xenon (Xe, Z=54)

Anzahl der Elektronen: 54

^{Elektronenkonfiguration} (Regenmethode): 1s ²   2s ²   2p ^{6 3s 2}   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁶   5s ²   4d   10 ^5p   6

Gesamtzahl der Elektronen pro Schale:

Elektronenkonfiguration nach Schichten: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ¹⁸   O ⁸

Anzahl belegter Schichten: 5 (fünf konzentrische Kreise)

Xenon-Atomdiagramm:

Verweise

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Chemie (11. Aufl.). McGraw-Hill Interamericana de España SL

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