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Lexikon der Chemie: Elektronenkonfiguration

Elektronenkonfiguration, die Verteilung der Elektronen in einem Atom auf die verschiedenen Atomorbitale. Sie gibt ein wichtiges Merkmal der elektronischen Struktur eines Atoms an. Im Rahmen des Modells der unabhängigen Teilchen (Zentralfeldmodell) wird jedem Elektron der Hülle ein Einelektronenzustand Ψn,l,ml,ms zugeordnet, der wie beim Wasserstoffatom (Atommodell) durch die vier Quantenzahlen n, l, ml, ms charakterisiert ist. In dieser Näherung ist die Energie eines Elektrons im Mehrelektronenatom durch die Quantenzahlen n und l bestimmt. Die Besetzung der Energieniveaus erfolgt unter Berücksichtigung des Pauli-Prinzips, wonach in einem Mehrelektronensystem nicht zwei oder mehrere Elektronen mit einem identischen Satz von Quantenzahlen existieren können. Damit kann ein Atomorbital, welches durch die drei Quantenzahlen n, l und ml charakterisiert ist, maximal mit zwei Elektronen besetzt werden, die sich in ihrer Spinquantenzahl ms unterscheiden. Im Grundzustand besetzen die Elektronen unter Berücksichtigung des Pauli-Prinzips die energetisch niedrigsten Atomorbitale (Aufbauprinzip).

Elektronenkonfiguration. Tab.: Elektrononenkonfigiuration der Elemente im Grundzustand.

Element K L M N O P Q
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s
1 H 1
2 He 2
3 Li 2 1
4 Be 2 2
5 B 2 2 1
6 C 2 2 2
7 N 2 2 3
8 O 2 2 4
9 F 2 2 5
10 Ne 2 2 6
11 Na 2 2 6 1
12 Mg 2 2 6 2
13 Al 2 2 6 2 1
14 Si 2 2 6 2 2
15 P 2 2 6 2 3
16 S 2 2 6 2 4
17 Cl 2 2 6 2 5
18 Ar 2 2 6 2 6
19 K 2 2 6 2 6 1
20 Ca 2 2 6 2 6 2
21 Sc 2 2 6 2 6 1 2
22 Ti 2 2 6 2 6 2 2
23 V 2 2 6 2 6 3 2
24 Cr 2 2 6 2 6 5 1
25 Mn 2 2 6 2 6 5 2
26 Fe 2 2 6 2 6 6 2
27 Co 2 2 6 2 6 7 2
28 Ni 2 2 6 2 6 8 2
29 Cu 2 2 6 2 6 10 1
30 Zn 2 2 6 2 6 10 2
31 Ga 2 2 6 2 6 10 2 1
32 Ge 2 2 6 2 6 10 2 2
33 As 2 2 6 2 6 10 2 3
34 Se 2 2 6 2 6 10 2 4
35 Br 2 2 6 2 6 10 2 5
36 Kr 2 2 6 2 6 10 2 6
37 Rb 2 2 6 2 6 10 2 6 1
38 Sr 2 2 6 2 6 10 2 6 2
39 Y 2 2 6 2 6 10 2 6 1 2
40 Zr 2 2 6 2 6 10 2 6 2 2
41 Nb 2 2 6 2 6 10 2 6 4 1
42 Mo 2 2 6 2 6 10 2 6 5 1
43 Te 2 2 6 2 6 10 2 6 6 1
44 Ru 2 2 6 2 6 10 2 6 7 1
45 Rh 2 2 6 2 6 10 2 6 8 1
46 Pd 2 2 6 2 6 10 2 6 10 0
47 Ag 2 2 6 2 6 10 2 6 10 1
48 Cd 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2
49 In 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 1
50 Sn 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 2
51 Sb 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 3
52 Te 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 4
53 I 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 5
54 Xe 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6
55 Cs 2 8 18 2 6 10 2 6 1
56 Ba 2 8 18 2 6 10 2 6 2
57 La 2 8 18 2 6 10 2 6 1 2
58 Ce 2 8 18 2 6 10 2 2 6 2
59 Pr 2 8 18 2 6 10 3 2 6 2
60 Nd 2 8 18 2 6 10 4 2 6 2
61 Pm 2 8 18 2 6 10 5 2 6 2
62 Sm 2 8 18 2 6 10 6 2 6 2
63 Eu 2 8 18 2 6 10 7 2 6 2
64 Gd 2 8 18 2 6 10 7 2 6 1 2
65 Tb 2 8 18 2 6 10 9 2 6 2

Elektronenkonfiguration. Tab. (Fortsetzung).

Element K L M N O P Q
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s
66 Dy 2 8 18 2 6 10 10 2 6 2
67 Ho 2 8 18 2 6 10 11 2 6 2
68 Er 2 8 18 2 6 10 12 2 6 2
69 Tm 2 8 18 2 6 10 13 2 6 2
70 Yb 2 8 18 2 6 10 14 2 6 2
71 Lu 2 8 18 2 6 10 14 2 6 1 2
72 Hf 2 8 18 2 6 10 14 2 6 2 2
73 Ta 2 8 18 2 6 10 14 2 6 3 2
74 W 2 8 18 2 6 10 14 2 6 4 2
75 Re 2 8 18 2 6 10 14 2 6 5 2
76 Os 2 8 18 2 6 10 14 2 6 6 2
77 Ir 2 8 18 2 6 10 14 2 6 7 2
78 Pt 2 8 18 2 6 10 14 2 6 9 1
79 Au 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 1
80 Hg 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2
81 Tl 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 1
82 Pb 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 2
83 Bi 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 3
84 Po 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 4
85 At 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 5
86 Rn 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 6
87 Fr 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 6 1
88 Ra 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 6 2
89 Ac 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 6 1 2
90 Th 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 6 2 2
91 Pa 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 2 2 6 1 2
92 U 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 3 2 6 1 2
93 Np 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 5 2 6 2
94 Pu 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 6 2 6 2
95 Am 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 7 2 6 2
96 Cm 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 7 2 6 1 2
97 Bk 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 8 2 6 1 2
98 Cf 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 10 2 6 2
99 Es 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 11 2 6 2
100 Fm 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 12 2 6 2
101 Md 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 13 2 6 2
102 No 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 2
103 Lw 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 1 2
104 Rf 2 8 18 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 2 2
Die weißen und grauen Felder begrenzen eine Periode im Periodensystem, die gestrichelten Linien die
Nebengruppenelemente.

Die Besetzung energetisch entarteter Orbitale (Entartung) erfolgt nach der Hundschen Regel (Multiplettstruktur). Die Angabe der E. des Grundzustandes eines beliebigen Atoms erfordert die Kenntnis der energetischen Reihenfolge der Atomorbitale. Näherungsweise läßt sich eine qualitativ gültige Reihenfolge für die Energien der Unterschalen (n l) angeben, nach der diese bei schrittweiser Erhöhung der Kernladungszahl (Ordnungszahl) besetzt werden: 1s| < 2s < 2p| < 3s < 3p| < 4s ≈ 3d < 4p|5s ≈ 4d < 5p| < 6s ≈ 5d ≈ 4f < 6p| < 7s ≈ 6d ≈ 5f < 7p|. Dabei bedeutet z. B. 6s ≈ 5d ≈ 4f, daß die Besetzung der 5d- und 4f-Orbitale in Konkurrenz mit dem 6s-Orbital erfolgt. Die E. eines Atoms wird symbolisch in der Weise angegeben, daß an jede besetzte Unterschale (n l) die Elektronenbesetzungszahl als hochgestellter Index beigefügt wird. So erhält man z. B. für den Grundzustand des Phosphoratoms die E. 1s22s22p63s23p3. Die E. für den Grundzustand der freien Atome sind in der Tab. aufgeführt. Aus der Besetzung der äußeren Schale lassen sich bestimmte Schlüsse auf die chem. Eigenschaften der Atome ziehen. Atome mit abgeschlossenen Elektronenschalen, d. h., wenn die äußeren Schalen mit 8 Elektronen besetzt sind (Edelgaskonfigurationen), zeichnen sich durch eine besondere Stabilität aus. Außerdem sind auch E. mit halbgefüllten oder abgeschlossenen Unterschalen relativ stabil. Im Rahmen des Zentralfeldmodells ist durch die Angabe der E. die Energie eines Atoms als Summe der Orbitalenergien bestimmt. Genauere Betrachtungen zeigen, daß die Berücksichtigung der Elektronenwechselwirkung und der Spin-Bahn-Kopplung zu einer Aufspaltung der Energie der E. in eine Multiplettstruktur führt.

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Redaktion:
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