Elektronenkonfiguration bestimmen und verstehen

Die Ordnungszahl nennt die Zahl der Protonen im Kern. Ein neutrales Atom hat genauso viele Elektronen wie Protonen. Diese Elektronen verteilen wir auf Schalen: K liegt innen, danach folgen L und M. Die Schreibweise 2 | 7 bedeutet zwei Elektronen auf K und sieben auf L. Zusammen sind das neun Elektronen.

Wir betrachten zunächst den Grundzustand. So heißt die Anordnung, bei der das Atom möglichst wenig Energie hat. Für neutrale Hauptgruppenatome der ersten drei Perioden hilft die vereinfachte Reihenfolge: K bekommt höchstens zwei Elektronen, L höchstens acht und M zunächst bis zu acht. Bei schwereren Atomen reicht diese einfache Regel nicht aus.

Beginne beim neutralen Atom mit der Elektronenzahl. Fülle zuerst K mit bis zu zwei und dann L mit bis zu acht Elektronen. Für Hauptgruppenatome der ersten drei Perioden kommen die übrigen Elektronen auf M, dort zunächst höchstens acht. Addiere zum Schluss die Zahlen der Belegung: Die Summe muss zur Elektronenzahl passen.

Die Schalenbelegung beschreibt die Verteilung vereinfacht; die Kreise im Bild sind keine echten Flugbahnen. Jenseits der ersten drei Perioden brauchst du ein genaueres Auffüllmodell.

Ein Ion ist geladen, weil ein Atom Elektronen abgegeben oder aufgenommen hat. Gibt es Elektronen ab, ist es positiv; nimmt es Elektronen auf, ist es negativ. Die Protonenzahl im Kern bleibt gleich.

Die hochgestellte Ladung zeigt Zahl und Vorzeichen der Änderung. Bei \ce{Ca^2+} bedeutet die hochgestellte 2, dass zwei Elektronen fehlen; + zeigt die positive Ladung. Bei \ce{S^2-} bedeutet 2, dass zwei Elektronen zusätzlich da sind; − zeigt die negative Ladung. Das ist keine Rechenanweisung, sondern beschreibt das Ergebnis. Eine tiefgestellte Zahl zählt dagegen Atome in einer Formel: In \ce{H2O} zählt die 2 zwei Wasserstoffatome.

Einfaches Zählen genügt hier: Ein neutrales Calciumatom hat 20 Elektronen. Für \ce{Ca^2+} gehen zwei weg, also bleiben 18. Die Schalenbelegung des Ions lautet 2 | 8 | 8. Damit hat es 20 Protonen und 18 Elektronen.

Das Orbitalmodell teilt eine Schale genauer in Gruppen und einzelne Plätze. Die Gruppen heißen Unterschalen, die Plätze Orbitale; es sind keine festen Kreisbahnen. In 2p^5 bezeichnet die 2 die zweite Schale, p eine Gruppe und die Hochzahl 5 fünf Elektronen darin. Ein Orbital fasst höchstens zwei Elektronen (Pauli). Gleichwertige Orbitale werden zuerst einzeln besetzt (Hund); energieärmere zuerst (Aufbau).

Die Edelgas-Kurzform ersetzt innere Elektronen durch ein Edelgassymbol in Klammern. Bei Fluor schreibt man genauer 1s^2\,2s^2\,2p^5 oder kürzer [He]\,2s^2\,2p^5; [He] steht für die zwei inneren Elektronen. Calcium hat genauer [Ar]\,4s^2. Bei Arsen ist die Verteilung komplizierter; Silber weicht sogar von der einfachen Auffüllfolge ab. Das Orbitalmodell erklärt die Besetzungsregeln und weitere Beispiele genauer.