Alle 118 Elemente erkunden
Wähle ein Element und vergleiche seine Grundzustandsbesetzung. Zusätzliche Schalen zeigen weitere mögliche Orbitale.
Vorwissen: Die Begriffe aus Kapitel 2 helfen beim Lesen. Elementauswahl und Besetzungsbild gehören hier direkt zusammen.
Druckfassung: Lösungen und Erklärungen dieser Seite sind geöffnet.
Grundzustand und erlaubte Orbitale dieser Schalen
Klicke direkt auf ein Elementfeld. Ordnungszahl, Name und Atomgewicht bleiben wie in der Grafik aus Kapitel 1 erhalten.
Dies ist die vorhandene 32-Spalten-Grafik, hier als Auswahl bedienbar. Das umrandete Feld ist ausgewählt. Bei Bedarf seitlich verschieben; mit Tab und Enter oder Leertaste ist die Auswahl auch per Tastatur möglich.
Wähle ein Element oder gehe mit „Nächstes“ durch die Ordnungszahlen. Die farbigen Unterschalen und die einzelnen Orbitalkästchen behalten ihre Bedeutung; nur die Besetzung und die benötigten Schalen ändern sich. Verglichen werden neutrale, freie Atome im Grundzustand.
Schwefel (S) · Ordnungszahl 16 · Grundzustand
Angezeigt: Schalen 1 bis 3. Die Pfeile zeigen den Grundzustand. Weitere mögliche Zustände liegen in höheren, hier ausgeblendeten Schalen.
Orange = äußere Valenz (s/p) · Violett = zusätzliche d/f · Blau = unbesetzt · ein Kästchen = ein Orbital · ein Pfeil = ein Elektron
Mehr Schalen einzublenden vergrößert nur den gezeigten Ausschnitt; es regt das Atom nicht an. Die Grundansicht reicht bis zur Periodennummer, damit auch die leere fünfte Schale bei Palladium sichtbar bleibt. Die Ansicht lässt sich bis Schale 10 erweitern. Diese Grenze dient der Übersicht und ist keine physikalische Obergrenze: Im idealisierten Modell des isolierten Wasserstoffatoms gibt es unendlich viele gebundene Energieniveaus.
Schwefel ausgewählt: 16 Elektronen, verteilt auf 3 Schalen.
16 Protonen · 16 Elektronen · neutral · Periode 3
Kurzschreibweise:
[Ne] fasst die zehn inneren Elektronen von Neon zusammen. In der Grafik sind sie vollständig aufgezeichnet.
- Schale 12 e⁻Unterschalen: 1 / 1 besetzt
Orbitale: 1 / 1 besetzt - Schale 28 e⁻Unterschalen: 2 / 2 besetzt
Orbitale: 4 / 4 besetzt - Schale 36 e⁻Unterschalen: 2 / 3 besetzt
Orbitale: 4 / 9 besetzt
Wie die Zählangaben „4 / 9 besetzt“ zu lesen sind
Besetzt und möglich: Die Angaben zählen besetzte Unterschalen und Orbitale im Verhältnis zu allen erlaubten Zuständen der Schale. Schale n besitzt insgesamt n Unterschalen und n² Orbitale. In jeder eingeblendeten Schale werden alle erlaubten Unterschalen gezeigt: s, p, d, f, g, h und i mit 1, 3, 5, 7, 9, 11 und 13 Orbitalen; in den Zusatzschalen folgen k, l und m mit 15, 17 und 19 Orbitalen. Der Buchstabe j wird in dieser Benennung übersprungen. Schale 5 hat damit 25, Schale 6 hat 36 und Schale 7 hat 49 Kästchen. Auf schmalen Bildschirmen werden lange Kästchenreihen innerhalb ihrer Unterschale umgebrochen. Das Ausblenden leerer Kästchen ändert diese Zahlen nicht.
Orange, durchgezogen: äußere Valenzelektronen (s/p). Violett, gestrichelt: zusätzliche d/f-Elektronen im chemisch relevanten Bereich. Auch gepaarte Elektronen sind markiert. Die Markierung zeigt einen möglichen Beteiligungsbereich, nicht die Anzahl der Bindungen oder der tatsächlich abgegebenen Elektronen.
Blau schraffiert, gestrichelt: im dargestellten Zustand unbesetzt. Diese Kästchen enthalten null Elektronen. Die Farbe beschreibt ausschließlich die gezeigte Grundzustandsbesetzung. Sie ist keine Liste erreichbarer oder gemessener Anregungen. Das Wasserstoffbeispiel in Kapitel 5 zeigt einen konkreten Wechsel des Zustands.
Welche Elektronen können chemisch beteiligt sein?
Bei Hauptgruppenelementen markieren wir die Elektronen der äußersten Schale. Auch Edelgase besitzen Valenzelektronen; eine abgeschlossene äußere s/p-Besetzung bedeutet nicht, dass diese Elektronen grundsätzlich keine Bindungen eingehen können.
Bei Übergangsmetallen markieren wir zusätzlich die besetzte d-Unterschale unterhalb der äußeren Schale. Bei Palladium ist deshalb 4d markiert, obwohl 5s leer ist. In den inneren Übergangsreihen kommen besetzte f-Unterschalen hinzu: Ihre Beteiligung hängt stark vom Element, der Verbindung und der Oxidationsstufe ab; besonders 4f-Elektronen bleiben häufig weitgehend am Atom lokalisiert.
Die Auswahl ist eine Lernkonvention für gewöhnliche Chemie: Volle d-Unterschalen der Gruppe 12 (Zn, Cd, Hg, Cn) und der Hauptgruppen sowie die vollen f-Rümpfe ab Lu beziehungsweise Lr bleiben unmarkiert. Sie ist keine scharfe, für jede denkbare Reaktion gültige Grenze. Für die schwersten Elemente ist auch diese Einordnung nur eine Orientierung auf Basis vorhergesagter Konfigurationen.
Zum fachlichen Hintergrund: OpenStax: Valenzelektronen und Ionen der Übergangsmetalle.
Die vollständige Schreibweise lesen
Nach Schale und Unterschale geordnet, nicht als zeitliche Auffüllfolge. Die Hochzahlen ergeben zusammen die Elektronenzahl.
Tabellierte Konfiguration: NIST ASD. Fachquelle zur Auswahl · Lokale Datentabelle
Was ein Kästchen zeigt — und was nicht
Das Bild zählt Zustände und Elektronen. Ein Kästchen ist ein räumliches Orbital; ↑ und ↓ markieren die zwei Spinprojektionen. Die Anordnung ist keine Energieachse und keine räumliche Aufnahme. Gezeigt werden alle erlaubten Unterschalen jeder dargestellten Schale, bis hin zu g, h, i und den höheren Typen in den Zusatzschalen. Diese Typen sind in den verwendeten Grundzustandskonfigurationen aller 118 Elemente unbesetzt, ihre möglichen Orbitale sind trotzdem als leere Kästchen sichtbar. Mit „Leere Unterschalen anzeigen“ kannst du sie bei Bedarf ausblenden. Die kleinen Angaben „4 / 6 e⁻“ bedeuten: vier Elektronen von höchstens sechs in dieser Unterschale.
Wie genau sind die Daten und die Spinpfeile?
Die Besetzungszahlen für H bis Hs stammen aus den tabellierten Grundzustandskonfigurationen der NIST Atomic Spectra Database. Eine Datenbankzuordnung bedeutet nicht, dass jede einzelne Besetzung unmittelbar experimentell gemessen wurde. Für Mt bis Og verwenden wir die vom Los Alamos National Laboratory ausdrücklich als berechnet oder vorhergesagt bezeichneten Angaben; diese Auswahlen tragen einen eigenen Hinweis.
Die Verteilung der Pfeile ist ein vereinfachtes Kästchenschema nach Pauli und Hund. Sie ist nicht die vollständige Wellenfunktion des Atoms und erlaubt insbesondere bei schweren Elementen keine zuverlässige Ablesung des tatsächlichen Gesamtdrehimpulses oder magnetischen Verhaltens. Kopplung von Spin und Bahnbewegung, relativistische Aufspaltungen und Mischungen von Konfigurationen werden hier nicht einzeln gezeigt.
Die Daten werden beim Wechsel des Elements nachgeschlagen, nicht aus einer ausnahmslosen Auffüllregel berechnet. Deshalb bleiben Fälle wie Cr, Cu, Pd und Lr sichtbar. Bei Ds und Rg zeigen wir die LANL-Vorhersagen 6d⁸7s² beziehungsweise 6d⁹7s² zusätzlich zum [Rn]5f¹⁴-Rumpf; in anderen Tabellen stehen abweichende theoretische Zuordnungen.
Zum Erkunden: Al → Si → P → S zeigt die Verteilung in 3p. Vergleiche danach Cr mit Mn und Cu mit Zn. Bei Pd bleibt die fünfte Schale in dieser Grundzustandskonfiguration leer.
Ein Atom tatsächlich anregen: Wasserstoffvergleich und Lichtrechner in Kapitel 5 →
Gezielt erkunden
Starte mit Wasserstoff, blende zwei weitere Schalen ein und erkläre erst dann die Änderung. Vergleiche anschließend Palladium.
Regt das Einblenden einer Schale Wasserstoff an? — Lösung aufklappen
Nein. Sichtbar werden weitere leere Zustände. Das eine Elektron bleibt im Grundzustand 1s; die Besetzung ändert sich nicht.
Warum ist bei Palladium die fünfte Schale sichtbar und leer? — Lösung aufklappen
Die Grundansicht reicht bis zur Periodennummer 5. Der tabellierte Grundzustand besitzt 4d¹⁰ und kein 5s-Elektron. Angezeigte Schalen und besetzte Schalen sind verschiedene Angaben.
Zum Vertiefen: Ar → K → Ca → Sc und die Grenzen einer starren Auffüllregel.