Atombau: Kern, Hülle und Elektronenkonfiguration
Du lernst, wie Atome aus Protonen, Neutronen und Elektronen aufgebaut sind, und verteilst die Elektronen nach dem Schalenmodell.
Die Grundlagen
Alle Stoffe bestehen aus Atomen. Ein Atom ist unvorstellbar klein: Sein Durchmesser beträgt etwa ein zehnmillionstel Millimeter.
Die Bausteine
| Teilchen | Ort | Ladung | Masse |
|---|---|---|---|
| Proton (p⁺) | Kern | +1 | etwa 1 u |
| Neutron (n) | Kern | 0 | etwa 1 u |
| Elektron (e⁻) | Hülle | −1 | etwa 11836 u |
(u ist die atomare Masseneinheit.)
- Die Ordnungszahl (Kernladungszahl) ist die Zahl der Protonen. Sie bestimmt das Element: Jedes Atom mit 6 Protonen ist Kohlenstoff.
- In einem neutralen Atom ist die Zahl der Elektronen gleich der Zahl der Protonen.
- Die Massenzahl ist die Summe aus Protonen und Neutronen.
Atome desselben Elements mit verschiedener Neutronenzahl heißen Isotope: Kohlenstoff-12 hat 6 Neutronen, Kohlenstoff-14 hat 8.
Kern und Hülle
Fast die ganze Masse sitzt im winzigen Kern. Die Elektronenhülle ist viel größer und bestimmt das chemische Verhalten. Wäre der Kern so groß wie eine Erbse, hätte das Atom etwa die Größe eines Fußballstadions.
Das Schalenmodell
Im Schalenmodell bewegen sich die Elektronen auf Schalen um den Kern (K, L, M, N …). Jede Schale fasst höchstens 2n² Elektronen:
- K-Schale (n = 1): 2
- L-Schale (n = 2): 8
- M-Schale (n = 3): 18 (für die Hauptgruppenchemie zunächst 8)
Die Schalen werden von innen nach außen besetzt. Für die ersten 20 Elemente gilt die vereinfachte Besetzung 2, 8, 8, 2.
Valenzelektronen
Die Elektronen der äußersten Schale heißen Valenzelektronen (Außenelektronen). Sie bestimmen, wie ein Atom reagiert. Atome streben eine voll besetzte Außenschale mit acht Elektronen an, die Edelgaskonfiguration (Oktettregel). Beim Helium sind es zwei.
Merksatz
Protonen und Neutronen bilden den Kern, Elektronen die Hülle. Ordnungszahl = Protonenzahl = Elektronenzahl im neutralen Atom. Schalen fassen 2n² Elektronen, die Valenzelektronen bestimmen das chemische Verhalten.
Beispiele
Beispiel 1
- Protonen: 11 (Ordnungszahl)
- Elektronen: 11 (neutrales Atom)
- Neutronen: 23 − 11 = 12
- Schalen: K 2, L 8, M 1
Ergebnis 11 p⁺, 12 n, 11 e⁻, Elektronenverteilung 2, 8, 1 (1 Valenzelektron)
Beispiel 2
- Verteilung: K 2, L 8, M 7
Ergebnis 7 Valenzelektronen
Aufgaben zum Üben
Wie viele Neutronen hat Sauerstoff-16 (Ordnungszahl 8)?
Lösung anzeigen
16 − 8 = 8 Neutronen.
Gib die Elektronenverteilung von Magnesium (Ordnungszahl 12) an.
Lösung anzeigen
2, 8, 2
Was unterscheidet Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14?
Lösung anzeigen
Die Neutronenzahl (6 bzw. 8). Beide haben 6 Protonen.
Wie viele Elektronen passen höchstens auf die L-Schale?
Lösung anzeigen
2 · 2² = 8
Häufige Fehler vermeiden
Die Massenzahl wird als Zahl der Neutronen angegeben.
Die Massenzahl ist Protonen plus Neutronen.
Es wird angenommen, dass Elektronen den größten Teil der Masse ausmachen.
Elektronen sind sehr leicht, fast die ganze Masse steckt im Kern.
Hinweis zur Klassenstufe
Die Einordnung in Klasse 8 folgt verbreiteten Lehrplänen. Maßgeblich ist, was deine Lehrkraft für die Arbeit angekündigt hat.