Das Orbitalmodell

Das verbreitetste Modell für den Aufbau eines Atoms ist das Schalen-Modell.
Wie Sie wissen, besagt das Schalen-Modell, dass sich die Elektronen eines Atoms in mehreren, um den Atomkern angeordneten Schalen aufhalten, wobei die innerste Schale mit maximal zwei, die anderen Schalen mit maximal acht Elektronen besetzt sein dürfen.
Das Orbital-Modell erweitert diese Theorie.
Die Schalen sind nicht als solche zu verstehen, sondern viel mehr als Energie-Nieveaus, die von den Elektronen eingenommen werden. Diese werden durchnummeriert, beginnend mit 1, wobei 1 der K-Schale (der innersten Schale) entspricht, 2 der L-Schale, 3 der M-Schale usw.
Die Bereiche innerhalb dieser Energieniveaus, in denen sich die Elektronen aufhalten können, heißen Orbitale.
S-Orbitale sind kugelförmig; p-Orbitale sind Hantel-förmig, es gibt von ihnen jeweils drei mit unterschiedlicher Ausrichtung im Raum; d-Orbitale sind aufgebaut wie mehrere Hanteln zusammen, von ihnen gibt es jeweils 5.
Jedes Orbital kann maximal mit zwei Elektronen besetzt werden.
Die Aufstellung, welche Orbitale in einem Atom mit Elektronen besetzt sind, heißt Elektronenkonfiguration.

Wie Sie die Elektronenkonfiguration bestimmen können

Um die Elektronenkonfiguration zu bestimmen, müssen Sie wissen, in welcher Reihenfolge die Orbitale besetzt werden: die Niedrigsten, kernnächsten Energieniveaus zuerst.
Man kann hierfür einfach das Periodensystem der Elemente (PSE) entlanggehen: Bei jedem Schritt zum nächsten Element kommt ein Elektron hinzu.
Die Elektronen für die erste und zweite Hauptgruppe füllen die s-Orbitale, die Elektronen für die Hauptgruppen drei bis acht füllen die p-Orbitale und die Elektronen für die Nebengruppenelemente füllen die d-Orbitale.
Für die Darstellung der Elektronenkonfiguration nennt man ein Orbital nach dem anderen (Energieniveau und Orbital) und mit hochgestellter Zahl die Elektronen, die es besetzten. Man beginnt mit dem energetisch niedrigsten Orbital.

Einige Beispiele

Sauerstoff: Die erste Schale ist voll besetzt, also 1s2 (vergleichen Sie mit dem PSE: die Elemente H und He). In der zweiten Schale befinden sich 6 Elektronen (O ist das 6. Element der 2. Periode), also 2s22p4. Damit ist die Elektronenkonfiguration von Sauerstoff 1s22s22p4.
Silizium: Die ersten beiden Schalen sind voll besetzt, also 1s22s22p6 (schauen Sie ins PSE!). In der dritten Schale befinden sich 4 Elektronen, also 3s23p2. Damit ist die Elektronenkonfiguration von Silizium 1s22s22p63s23p2.
Nickel: Die ersten drei Schalen sind voll besetzt, also 1s22s22p63s23p6. Achtung: Kommen die Nebengruppenelemente ins Spiel, werden die d-Orbitale aufgefüllt. Für Ni also 4s23d8. Noch ein Mal Achtung: Es werden nicht die d-Orbitale der gleichen Schale besetzt, wie die s- und p-Orbitale, sondern die einer energetisch niedrigeren Schale. Damit ist die Elektronenkonfiguration von Nickel 1s22s22p63s23p64s23d8.
Arsen: Im PSE sind es vom Ni zum As nur 5 Schritt, also kommen 5 weitere Elektronen hinzu. Die d-Orbitale werden vollständig aufgefüllt auf 3d10 und dann werden die p-Orbitale besetzt: 4p3. Damit ist die Elektronenkonfiguration von Nickel 1s22s22p63s23p64s23d104p3.

Zur Vereinfachung kann man auch anstelle der Besetzung einer ganzen Periode einfach das Edelgas angeben, dessen Elektronenkonfiguration dies entspricht, angeben.

Die Elektronenkonfiguration von Sauerstoff ist [He] 2s22p4.
Bei Silizium entspricht die Elektronenkonfiguration [Ne] 3s23p2.
[Ar] 4s23d8 ist die abgekürzte Form der Elektronenkonfiguration von Nickel.
Die schematische der Elektronenverteilung im Arsen-Atom ist [Ar] 4s23d104p3.

Vorsicht bei Ionen

Wollen Sie die Elektronenkonfiguration von Ionen bestimmen, müssen Sie Folgendes beachten:

Die oben genannte Besetzung der Orbitale gelten, wenn man die Orbitale besetzt, nicht, wenn Elektronen aus der Elektronenhülle entfernt werden.
Bei der Ionisierung werden nicht die Elektronen entfernt, die bei der Besetzung zuletzt eingeführt werden, sondern die, die die Schale besetzen, die am weitesten vom Kern entfernt ist.
Ni2+ hat die Elektronenkonfiguration 1s22s22p63s23p24s23d6 aber As5+ hat die Elektronenkonfiguration 1s22s22p63s23p23d10.