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Das Bohrsche Modell nutzt diskrete Energieniveaus, um das Linienspektrum von Wasserstoff zu erklären.
Diskret bedeutet, dass nur bestimmte Energiewerte möglich sind. Eine Treppe liefert das passende Bild: Man kann auf der ersten, zweiten oder dritten Stufe stehen. Zwischen den Stufen gibt es keinen Standplatz. Auch Elektronen dürfen im Atom nur bestimmte Energieniveaus einnehmen.
Anregung bedeutet, dass ein Elektron Energie aufnimmt und vorübergehend auf ein höheres Energieniveau wechselt. Beim Zurückkehren wird Energie als Licht frei. Ein echter Flammentest gehört wegen des Erhitzens von Chemikalien nur unter fachgerechter Aufsicht und mit passender Schutzausrüstung durchgeführt.
Die Elektronenkonfiguration beschreibt, wie die Elektronen eines Atoms verteilt sind. Hier verwenden wir ein vereinfachtes Schalenmodell, das sie den Schalen , , und zuordnet.
Für ein neutrales Atom:
Das Symbol steht für die Elektronenzahl, für die Ordnungszahl und damit die Protonenzahl. Ein neutrales Natriumatom mit besitzt also Elektronen.
Dieses vereinfachte Schalenmodell beschränkt sich auf leichte Elemente bis Calcium, also auf . Für schwerere Elemente sind Unterschalen und Orbitale nötig.
Wähle unten ein neutrales Atom. Lies zuerst seine Ordnungszahl und verfolge dann die Elektronen von der innersten bis zur äußersten Schale.
Wasserstoff besitzt nur Elektron. Es befindet sich in der Schale .
Im vereinfachten Schalenmodell für die ersten Elemente bis Calcium werden kernnahe Schalen zuerst besetzt. Daraus ergibt sich folgende Reihenfolge:
| Schale | Höchstzahl in diesem Modell | Lesart |
|---|---|---|
| Erste Schale, dem Kern am nächsten. | ||
| Wird nach der Schale gefüllt. | ||
| in diesem Einstiegsmuster | Wird nach der Schale gefüllt. | |
| Beginnt in diesem Muster bei bis | Nimmt die Elektronen nach der Belegung auf. |
Das vereinfachte Schalenmodell kann für die Elemente von Wasserstoff bis Calcium verwendet werden. Die Anordnung ist die Elektronenkonfiguration von Calcium. Jedes frühere Element besitzt so viele Elektronen, wie seine Ordnungszahl angibt. Bei schwereren Elementen müssen die Unterschalen berücksichtigt werden, weil die Schale mehr als Elektronen aufnehmen kann.
Beispiel für Natrium:
Beispiel Chlor:
Die Konfigurationen im Schalenmodell zeigen die Anordnung der Elektronen im Grundzustand, also im Zustand mit der niedrigsten Energie. Ein Linienspektrum entsteht, wenn ein Elektron Energie erhält und dann auf ein niedrigeres Energieniveau zurückkehrt.
Die Energie des emittierten Lichts kann wie folgt geschrieben werden:
Das Symbol bezeichnet das Plancksche Wirkungsquantum, die Frequenz des Lichts, die Lichtgeschwindigkeit und die Wellenlänge. Die exakten Werte sind und .
Berechne als Beispiel die Energie eines Photons mit der Vakuumwellenlänge . Verwende die gerundeten Konstanten und :
Elektronen besetzen bestimmte Energieniveaus. Ein Übergang zu einem niedrigeren Energieniveau kann Licht mit einer bestimmten Energie frei. Die Elektronenkonfiguration beschreibt dagegen die Anordnung der Elektronen im Grundzustand.
Für eine einfache Elektronenkonfiguration hilft immer dieselbe Reihenfolge:
Für neutrales Magnesium:
Die Elektronenkonfiguration von neutralem Magnesium ist . Der Start mit der Ordnungszahl verhindert eine falsche Elektronenzahl beim neutralen Atom.
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