Baustein 7.3: Das Schalenmodell der Atomhülle

Baustein 7.3: Das Schalenmodell der Atomhülle

Du hast in den letzten Abschnitten gelernt, dass sich die Elektronen in der Atomhülle in ihrem Energiegehalt unterscheiden und auf Energiestufen befinden. Diese Energiestufen sind fest definiert und jedes Element hat ganz bestimmte Energiestufen.

Es gibt also in der Atomhülle verschiedene, erlaubte Stufen für die Elektronen, doch es bleibt die Frage, wie wir uns diese Stufen vorstellen können und wie genau sich die Elektronen eines Atoms dort verteilen.


1913 hat der Physiker Niels Bohr ein Atommodell entwickelt, das heute als Bohr'sches Atommodell oder auch Schalenmodell bekannt ist.

Er konnte die Verteilung der Elektronen auf den Energiestufen berechnen. Jede Energiestufe kann nur eine bestimmte maximale Anzahl an Elektronen aufnehmen. Die folgende Abbildung zeigt dir die von Bohr bestimmte Verteilung der Elektronen auf den ersten 3 Energiestufen. Darunter findest du auch noch eine Tabelle, welche dir die Verteilung zeigt. Wie sich die Elektronen auf höheren Energiestufen verteilen wird im Abschnitt für Interessierte weiter unten beantwortet.

Schalen als Energiestufen

Es bleibt aber weiter die Frage offen, wie wir uns diese Energiestufen vorstellen können. Auch diese Frage versuchte Bohr zu beantworten.

Schon das Atommodell von Dalton basierte auf der Vorstellung, dass Atome kugelförmig sind. Bohr konnte sogar berechnen, dass sich die Elektronen in einem festgelegten Abstand zum Atomkern befinden müssen. Er interpretierte dieses Ergebnis so, dass sich die Elektronen in sogenannten Schalen um den Atomkern befinden. Diese Erkenntnis lässt sich ohne Probleme mit dem Modell der Energiestufen verbinden. Die Schale, die sich am nächsten zum Atomkern befindet, entspricht der niedrigsten Energiestufe. In dieser Schale finden 2 Elektronen Platz. Die nächste Schale ist weiter vom Kern entfernt und kann bis zu 8 Elektronen aufnehmen, dies ist die zweite Energiestufe, usw.

Auf diese Weise können wir uns schrittweise ein zweidimensionales Modell eines Atoms aus einem Kern und einer Hülle aus Elektronen aufbauen. Die Elektronen befinden sich dabei in Schalen. Jede Schale ist eine Energiestufe.

Wir können uns das Atom in diesem Modell als eine Kugel vorstellen, die aus dem kleinen, aber schweren Atomkern und der Atomhülle aufgebaut ist. Die Atomhülle setzt sich dabei aus den Schalen zusammen. Sie befinden sich wie Schichten um den Atomkern und stellen die Bereiche dar, in denen sich die Elektronen befinden.

Aufgabe 7.3.1

  1. Ordne den Zeichnungen des Schalenmodells eines Atoms das richtige Element zu. 
  2. Zeichne mithilfe der Tabelle zur Elektronenverteilung oder dem Bild der Elektronenverteilung auf den Energiestufen ein Schalenmodell eines Atoms der folgenden Elemente:
    1. Wasserstoff
    2. Kohlenstoff
    3. Sauerstoff
    4. Lithium
    5. Chlor
    6. Kalium *

*bei dieser Aufgabe musst du vielleicht ein bisschen nachdenken.

Die Edelgase

Oktettregel

Früher gab es sie noch häufiger, heute findet man sie kaum noch, aber vielleicht erinnerst du dich noch an Sie: Die Glühlampe mit einem Glühfaden. Das Bild rechts zeigt eine leuchtende Glühlampe.

Der Draht besteht aus Wolfram. Dieses reagiert aber mit dem Sauerstoff aus der Luft, vor allem wenn es heiß wird und glüht. Dadurch zerreißt der Glühfaden relativ schnell und die Lampe leuchtet nicht mehr. Bei der Entwicklung der Glühlampe versuchte man das zu verhindern, indem die Lampe luftleer gepumpt wurde. Aber auch diese Lampen brannten irgendwann durch, weil von außen noch Luft eindringen konnte.

Die Lösung waren die sogenannten Edelgase: Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Diese Elemente wurden gegen Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt. Das besondere an diesen Elementen ist, dass sie nur sehr schwer, fast gar nicht, mit anderen Stoffen reagieren. Sie sind reaktionsträge bzw. "edel" und deshalb die ideale Füllung für die Glühlampen gewesen. Der Glühfaden brannte so nicht mehr durch, solange die Lampe dicht verschlossen war.

Aber warum sind die Edelgase so reaktionsträge?

Das kannst du dir mit Hilfe des Schalenmodells der Elektronenhülle erklären: Alle Edelgase haben eine voll besetzte äußere Elektronenschale. Jedes Heliumatom hat 2 Elektronen. Sie besetzen die erste Energiestufe bzw. die erste Elektronenschale, die damit voll ist. Neonatome haben 10 Elektronen, 2 auf der ersten Schale, 8 auf der zweiten Schale, die damit auch voll ist. Solche Atome, die ein voll besetzte äußere Elektronenschale haben, sind besonders stabil. Man nennt diese Regel: Oktettregel.

Wenn du den Baustein 7.2 bearbeitet hast, ist dir vielleicht schon etwas aufgefallen. Die Edelgase sind auch die Elemente mit den größten Ionisierungsenergien. Ein Grund dafür ist die Stabilität ihrer Elektronenhülle.


Du hast es geschafft, klasse!

Du bist am Ende der Einheit angekommen. In Baustein 2 findest du noch einen Abschnitt den du jetzt bearbeiten kannst. Du kannst außerdem auch noch das abschließende Quiz machen.

Zu Baustein 2

Zum Quiz

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