Atombau/Energiestufen
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2.4 Bohr – Schalenmodell der Elektronenhülle
Was du auf dieser Seite lernst
Niels Bohr erweiterte das Rutherford-Modell: Elektronen bewegen sich nicht beliebig, sondern nur auf bestimmten Bahnen (Energiestufen, Schalen) um den Kern. Du lernst Bohrs zwei Postulate kennen, verstehst die 2n²-Formel für die maximale Elektronenzahl pro Schale und erfährst, wie das Modell Lichtabsorption und -emission erklärt.
Grundlagen aus der 9. Klasse
Voraussetzung ist das Kern-Hülle-Modell von Rutherford: → 2.3 Rutherford: Kern-Hülle-Modell und Elementarteilchen
Niels Bohrs Schalenmodell
Niels Bohrs Modell beschreibt das Atom aus einem positiv geladenen Kern und negativ geladenen Elektronen, die auf ganz bestimmten konzentrischen Bahnen den Kern umkreisen (ähnlich wie die Planeten die Sonne umkreisen).
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▶ 1. Postulat – Niels Bohr, 1913
Die Elektronen bewegen sich nur auf ganz bestimmten, genau definierten Bahnen (= Energiestufen, Energieschalen, Schalen) um den Atomkern.
Diese Bahnen heißen Schalen und werden von innen nach außen mit K, L, M, N, … bezeichnet. Je weiter die Schale vom Kern entfernt ist, desto höher ist die Energie der Elektronen auf ihr.
Energieniveaus und Elektronenschalen
Die Begriffe Schale und Energiestufe beschreiben dasselbe: den Bereich, in dem sich Elektronen mit einer bestimmten Energie bewegen. Elektronen auf der M-Schale besitzen eine höhere Energie als solche auf der L-Schale, da sie weiter vom Kern entfernt sind.
👆 Tipp: Die interaktive Übersicht direkt darunter zeigt die Schalenbesetzung für alle Elemente der 1.–3. Periode – hover einfach über ein Element im PSE!
2. Postulat – Maximale Elektronenzahl pro Schale
▶ 2. Postulat – Niels Bohr, 1913
Jede Schale kann maximal 2 · n² Elektronen aufnehmen.
n = Schalennummer (n = 1, 2, 3, 4, …)
Schale n 2 · n² Max. Elektronen K 1 2 · 1² = 2 2 L 2 2 · 2² = 8 8 M 3 2 · 3² = 18 18 N 4 2 · 4² = 32 32 Beispiel 1
Wie viele Elektronen kann die 1. Schale maximal aufnehmen?
Lösung 1
1. Schale → n = 1 | 2·n² = 2·1·1 = 2
Beispiel 2
Wie viele Elektronen kann die N-Schale maximal aufnehmen?
Lösung 2
N-Schale ist die 4. Schale → n = 4 | 2·n² = 2·4² = 32
⚠️ Wichtig: Das bedeutet nur, dass so viele Elektronen maximal in diese Schale passen. Natürlich können jederzeit weniger Elektronen vorhanden sein!
🧠 Verständnisüberprüfung
Elektronen welcher Schale besitzen eine höhere Energie – die der L-Schale oder die der M-Schale?
▶ Lösung anzeigen
Die Elektronen der M-Schale, da diese weiter vom Kern entfernt sind und damit eine höhere potenzielle Energie besitzen.
⚡ Energieniveaus vs. ElektronenschalenFahre mit der Maus über ein Element des Periodensystems!Wähle ein Element, um die Elektronenverteilung zu sehen.Quantentheorie: Absorption und Emission von Licht
Quantentheorie (Planck, Einstein):
Die kleinsten nicht mehr teilbaren Energiebeträge heißen Quanten.
Durch Energiezufuhr kann ein Elektron vom Grundzustand (= energieärmster Zustand) in einen angeregten Zustand gebracht werden.
Da das Elektron zwischen den Schalen nicht existieren kann, nimmt es nur solche Energiequanten auf, die der Energiedifferenz zwischen zwei Schalen entsprechen – zum Beispiel durch Absorption von Licht.
Der angeregte Zustand ist sehr instabil: Das Elektron springt nach ca. 10⁻⁸ s wieder in den Grundzustand zurück und gibt dabei die Anregungsenergie als Licht (Emission) wieder ab.
Absorption: Elektron springt in höhere Schale · Emission: Rücksprung mit Lichtabgabe (≈ 10⁻⁸ s)
Übungsaufgaben
Aufgabe 1: Aus welchen Elementarteilchen besteht der Atomkern und wie ist er geladen?
Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Er ist positiv geladen, da Protonen die Ladung +1 tragen und Neutronen neutral sind. → Wiederholung: Elementarteilchen
Aufgabe 2: Wie verteilen sich die Elektronen laut Niels Bohr?
Die Elektronen bewegen sich auf ganz bestimmten Bahnen (Schalen / Energiestufen) um den Kern. Die innerste Schale (K) wird zuerst besetzt. Erst wenn sie voll ist, werden äußere Schalen gefüllt.
Aufgabe 3: Wie lautet die Formel für die maximale Elektronenzahl pro Schale?
Maximale Elektronenzahl pro Schale = 2 · n², wobei n die Schalennummer ist. Beispiele: K (n=1) → 2, L (n=2) → 8, M (n=3) → 18.
Aufgabe 4: Auf welche Schale verteilt sich ein Elektron als erstes?
Auf die K-Schale (innerste, energieärmste Schale). Elektronen besetzen immer zuerst die energieärmste verfügbare Schale.
Aufgabe 5: Wie viele Elektronen kann die L-Schale maximal besitzen?
L-Schale → n = 2 → 2 · n² = 2 · 4 = 8 Elektronen.
Aufgabe 6: Woraus besteht der Hauptteil (fast der ganze Raum) eines Atoms?
Fast der gesamte Raum eines Atoms besteht aus leerem Raum. Der winzige Kern enthält fast die gesamte Masse, nimmt aber nur einen verschwindend kleinen Teil des Atomvolumens ein. → Größenverhältnis Kern/Hülle
Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen
1. Postulat
Elektronen bewegen sich nur auf genau definierten Bahnen (Energiestufen / Schalen: K, L, M, N …) um den Kern.
2. Postulat
Maximale Elektronenzahl pro Schale: 2 · n² (K = 2, L = 8, M = 18, N = 32).
Energiestufen
Je weiter die Schale vom Kern, desto höher die Energie der Elektronen. M-Elektronen haben mehr Energie als L-Elektronen.
Absorption / Emission
Absorption: Elektron springt in höhere Schale. Emission: Rücksprung → Licht wird abgegeben (≈ 10⁻⁸ s).
Häufige Fragen – Bohrsches Schalenmodell
Was sind die Postulate von Niels Bohr?
1. Postulat: Elektronen bewegen sich nur auf bestimmten Bahnen (Schalen/Energiestufen) um den Kern – keine anderen Positionen möglich. 2. Postulat: Jede Schale fasst maximal 2·n² Elektronen (n = Schalennummer). Innerste Schale wird zuerst besetzt.
Was ist der Unterschied zwischen Schale und Energiestufe?
Beides bezeichnet dasselbe: den Bereich, in dem sich Elektronen mit einer bestimmten Energie aufhalten. „Schale" betont den räumlichen Aspekt (kreisförmige Bahn), „Energiestufe" betont den energetischen Aspekt. In der Chemie werden beide Begriffe synonym verwendet. Die Schalen sind von innen nach außen K, L, M, N … benannt.
Wie viele Elektronen passen maximal in die K-, L- und M-Schale?
K-Schale (n=1): 2·1² = 2 Elektronen. L-Schale (n=2): 2·2² = 8 Elektronen. M-Schale (n=3): 2·3² = 18 Elektronen. Wichtig: Das sind Maximalwerte – es können immer weniger Elektronen vorhanden sein.
Wie erklärt das Bohr-Modell die Entstehung von Licht?
Elektronen können Lichtenergie (Photonen) absorbieren und dadurch in eine höhere Schale springen (angeregter Zustand). Da dieser Zustand instabil ist, springen sie nach ca. 10⁻⁸ s zurück in den Grundzustand und geben dabei ein Lichtquant (Photon) ab – das ist die Emission von Licht. Die Farbe des emittierten Lichts hängt von der Energiedifferenz zwischen den Schalen ab.
Wo liegen die Grenzen des Bohrschen Schalenmodells?
Das Bohr-Modell funktioniert nur exakt für Wasserstoff (1 Elektron). Bei mehreren Elektronen liefert es nur Näherungen. Außerdem widerspricht die Vorstellung einer genau definierten Kreisbahn der Quantenmechanik (Heisenbergsche Unschärferelation). Das modernere Kugelwolkenmodell (KWM) löst diese Probleme durch Aufenthaltswahrscheinlichkeiten statt fester Bahnen.
Lernkarten – Bohrsches Schalenmodell
Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen.
1Nenne Bohrs 1. Postulat in einem Satz.
Elektronen bewegen sich nur auf ganz bestimmten, genau definierten Bahnen (= Energiestufen / Schalen) um den Atomkern.
2Wie lautet die Formel für die max. Elektronen pro Schale? Was bedeutet n?
Max. Elektronen = 2 · n²
n = Schalennummer (K=1, L=2, M=3, N=4)3Was passiert bei der Absorption von Licht?
Das Elektron nimmt ein Lichtquant (Photon) auf und springt von einer niedrigeren in eine höhere Schale (Grundzustand → angeregter Zustand).
4Warum senden Atome Licht aus? Was ist Emission?
Der angeregte Zustand ist instabil: Das Elektron springt zurück in den Grundzustand und gibt die Energiedifferenz als Licht (Photon) ab – das ist Emission.
5Rechenaufgabe: Wie viele Elektronen passen maximal in die M-Schale?
M-Schale → n = 3
2 · n² = 2 · 3² = 2 · 9 = 18 ElektronenWeiter im Kapitel – Atombau bis ZMKs
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