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Anorganische Chemie - Schalenmodell, Bohrsches Atommodell

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Anorganische Chemie

Schalenmodell, Bohrsches Atommodell

Zur näheren Beschreibung des Atommodells und speziell des Aufbaus der Atomhülle nützt uns besonders das Bohr'sche Atommodell, welches 1913 vom Nobelpreisträger der Physik Niels Bohr veröffentlicht wurde.

Merke

Grob ausgedrückt, besagt das Modell, dass sich Elektronen immer auf bestimmten Bahnen um den Kern bewegen und jede Bahn dabei für ein bestimmtes Energieniveau steht.

Aufbau des Schalenmodells

Bohr hat die Bahnen als Schalen bezeichnet mit den Zusätzen K-, L-, M-, N-, usw.

Alternativ können die Schalen auch mit Hilfe der Hauptquantenzahlen $ n ( n = 1, 2, 3, …) benannt werden.

Nachfolgend sehen Sie eine entsprechende Auflistung:

K-Schale $\rightarrow $ Schale mit $ n = 1 $

Diese Schale ist dem Atomkern am Nächsten gelegen und weist das niedrigste Energieniveau auf.

L-Schale $ \rightarrow $ Schale mit $ n = 2 $

Diese Schale ist nach der K-Schale, die dem Atomkern am Nächsten gelegenen Schale und besitzt gegenüber der K-Schale eine höhere Energie.

M-Schale $ \rightarrow $ Schale mit $ n = 3 $

Diese Schale liegt weiter vom Atomkern entfernt als die vorher genannten Schalen und besitzt entsprechend mehr Energie als diese.

Merke

Diese Auflistung ließe sich noch fortsetzen, aber zu diesem Zeitpunkt genügt es, wenn Sie wissen, dass mit zunehmenden Abstand zum Atomkern auch die energetische Lage zunimmt.

Die Elektronen auf Ihren Schalen treten nicht willkürlich auf, sondern füllen sich von der unteren Schale zur obersten Schale hin auf.

Merke

In diesem Zusammenhang sollten Sie sich auch merken, dass der Platz auf den Schalen nicht unbegrenzt ist. So können auf einer Schale $ z $ Elektronen Platz finden.

Wie viele Elektronen auf einer Schale untergebracht werden können, lässt sich mir folgender einfachen Gleichung bestimmen.

Methode

Elektronenanzahl pro Schale: $ z = 2 \cdot n^2 $

Greifen wir nun erneut die Schalen von oben auf.

  • Für die K-Schale $ (n=1) $ gilt: $ z = 2 \cdot (1)^2 = 2 \rightarrow $ maximal 2 Elektronen.
  • Für die L-Schale $ (n=2) $ gilt: $ z = 2 \cdot (2)^2 = 8 \rightarrow $ maximal 8 Elektronen.
  • Für die M-Schale $ (n=3) $ gilt: $ z = 2 \cdot (3)^2 = 18 \rightarrow $ maximal 18 Elektronen.

Die anderen Schalen besitzen maximal folgende Elektronen:

  • N-Schale = 32 Elektronen
  • O-Schale = 50 Elektronen
  • P-Schale = 72 Elektronen
  • Q-Schale = 98 Elektronen

Merke

Ein vollbesetzte Schale bezeichnet man als gesättigte Schale. Nicht vollständig besetzte Schalen nennt man nicht gesättigte Schalen.  

Nachfolgend Sehen Sie einige Atome inklusive Ihrer Schalen

Atome mit Schalen
Atome mit Schalen

Beispiel: Elektronenverteilung

Anhand des Elements Natrium $ Na $ möchten wir nun eine Elektronenverteilung durchführen. Natrium besitzt 11 Elektronen, die wir auf die Schalen verteilen können:

Mit zwei Elektronen können wir die K-Schale auffüllen. $\rightarrow $ Es verbleiben uns nun noch 9 Elektronen. 

Weitere acht Elektronen können wie in die L-Schale setzen. $\rightarrow $ Es verbleibt noch ein Elektron. 

Das letzte Elektron setzen wir dann in die M-Schale. $\rightarrow $ Es verbleibt ein Platz für 17 Elektronen auf der L-Schale. 

Schalenwechsel

Soll ein Elektron von einer niedrigeren Schale auf eine höhere Schale befördert werden, so ist Energie notwendig. Die Form dieser Energie ist $ h \cdot n $.

Der Abstand zwischen zwei Schalen weist eine bestimmte Energiedifferenz (DE) auf und entspricht der zugeführten Energie $ h \cdot n $

Methode

Energiedifferenz: $ DE = h \cdot n $