Elektronenkonfiguration bestimmen + Beispiel

Grundlage, um die Elektronenkonfiguration zu bestimmen, ist das Wissen zu Orbitale und Quantenzahlen.

Bei einer Elektronenkonfiguration notiert man zuerst den Orbitalnamen, also beispielsweise 1s, 2s oder 2p. Als hochgestellte Zahl notiert man die Zahl der Elektronen, welche in diesen Orbitalen untergebracht wurden. Wie wir bereits herausgefunden haben, kann das 1s-Orbital mit maximal 2 Elektronen (mit unterschiedlichem Spin) befüllt werden.

Wir schreiben also: 1s²

Alternativ ist auch folgende (ausführliche) Schreibweise gebräuchlich:
elektronenkonfiguration-und-orbitale-1

Die entgegengesetzte Richtung der Pfeile verdeutlicht den entgegengesetzten Spin der Elektronen. Wir haben nun also das 1s Orbital mit der maximalen Anzahl an Elektronen besetzt. Wenn wir einen Blick in das Periodensystem der Elemente werfen, können wir feststellen, dass das Element mit 2 Elektronen Helium ist. Wir haben nun also bereits die Elektronenkonfiguration von Helium herausgefunden.

Wenn wir das nächste Element im Periodensystem mit 3 Elektronen betrachten (Lithium), können wir auch zu diesem die Elektronenkonfiguration notieren. Allerdings benötigen wir beim Lithium bereits ein weiteres Orbital, da das 1s-Orbital ja vollständig aufgefüllt ist.

Das nächste Orbital wäre das 2s-Orbital, in welchem das nächste Elektron zu finden ist:

elektronenkonfiguration-und-orbitale-2

Kurzgeschrieben lautet die Elektronenkonfiguration für das Element Lithium: 1s² 2s¹

Zur korrekten Besetzung der vorhandenen Orbitale mit den Elektronen müssen 2 wichtige Regeln beachtet werden:

Hund‘sche Regel

Die Hund‘sche Regel beschreibt ein sehr wichtiges Prinzip, in welcher Weise Orbitale mit Elektronen befüllt werden.

Das System ist nämlich genau dann am energieärmsten (und damit auch am stabilsten), wenn bei gleichwertigen Energieniveaus möglichst viele Elektronen mit parallelem Spin vorliegen.

Betrachten wir als ein Beispiel zur Hund’schen Regel die Elektronenkonfiguration von Sauerstoff. Hier finden wir 8 Elektronen vor. Da das 2s-Orbital lediglich mit 2 Elektronen besetztbar ist, benötigen wir auch das nachfolgende Orbital, welches das 2p-Orbital ist. In p-Orbitalen sind maximal 6 Elektronen platzierbar (Erklärung siehe oben). Würde man die Hund’sche Regel nicht beachten, würde man die Elektronenkonfiguration von Sauerstoff wohl folgendermaßen notieren:
elektronenkonfiguration-und-orbitale-3

Wie jedoch bereits angedeutet ist, ist diese Elektronenkonfiguration falsch, da hier die Hund’sche Regel nicht beachtet wurde.

Korrekterweise müsste man bei der Elektronenkonfiguration beachten, dass bei gleichwertigen Energieniveaus möglichst viele Elektronen mit parallelem Spin vorliegen müssen. Das bedeutet, dass man zunächst in jedes Orbital ein Elektron (mit parallelem Spin) füllt. Erst anschließend nimmt man die nachfolgenden Elektronen (mit entgegengesetztem Spin) hinzu.

Die korrekte Elektronenkonfiguration für Sauerstoff lautet demnach:

elektronenkonfiguration-und-orbitale-4

Anstatt der 2 Elektronen mit parallelem Spin finden wir bei dieser Variante 3 Elektronen mit parallelem Spin vor.

Diese Variante muss also die korrekte sein.

Pauli-Prinzip
Auch das Pauli-Prinzip dient als Regel zur Besetzung der Orbitale mit Elektronen. Es besagt, dass einbestimmtes Orbital maximal 2 Elektronen aufnehmen kann. Diese beiden Elektronen müssen sich jedoch in ihrem Eigenspin unterscheiden. Das bedeutet, dass in einem Energieniveau, welches durch n, l und m eindeutig charakterisiert ist, lediglich 2 Elektronen mit unterschiedlicher Spinzahl, also mS= -1/2 und +1/2 aufgenommen werden können. Zwei Elektronen mit gleichem Spin können in einem bestimmten Orbital nicht platziert werden.

Die nachstehende Tabelle soll die Besetzung der Orbitale mit Elektronen anhand des Periodensystems der Elemente verdeutlichen:

elektronenkonfiguration-und-orbitale-5

Da wir nun wissen, wie man Orbitale benennt und diese mit Elektronen befüllt, können wir jetztauch die Elektronenkonfiguration für einige Elemente beschreiben. Verwenden wir als Beispiel Natrium.

Das Natrium besitzt 11 Elektronen. Da in die 1s-, 2s- und 2p-Oribtale zusammen lediglich 10 Elektronen passen, muss auch das nächste Orbital befüllt werden. Nach einem kurzen Blick auf die oben stehende Tabelle wissen wir, dass dieses das 3s-Orbital ist.

Die Elektronenkonfiguration lautet:
elektronenkonfiguration-und-orbitale-6

Oder in Kurzschreibweise: 1s² 2s² 2p6 3s¹

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