1 · Ein neutrales Atom hat acht Protonen. Wie viele Elektronen hat es?
Lösung ansehen
Acht Elektronen. Die positiven und negativen Ladungen gleichen sich aus.
Chemie · Grundlagen · Sekundarstufe I
Atombau und Schalenmodell
Was unterscheidet ein Kohlenstoffatom von einem Natriumatom? Lerne Kern und Hülle kennen, bestimme die Teilchenzahlen und verstehe, was dir das Schalenmodell zeigt.
Teilchenzahlen sicher bestimmen
Z = Protonenzahl
A = Protonen + Neutronen
N = A − Z
Beim neutralen Atom gilt:
Elektronenzahl = Protonenzahl.
Ein Atom besitzt einen Kern und eine Hülle
Ein Atom ist ein sehr kleiner Baustein eines chemischen Elements. Im Atomkern befinden sich positiv geladene Protonen und – bei den meisten Atomarten – ungeladene Neutronen. Die negativ geladenen Elektronen gehören zur Hülle. Wasserstoff-1 ist eine wichtige Ausnahme: Sein Kern besteht aus einem einzigen Proton und enthält kein Neutron.
Protonen und Neutronen sind viel massereicher als Elektronen. Daher steckt fast die gesamte Masse eines Atoms im Kern. Der Kern ist jedoch im Vergleich zum gesamten Atom sehr klein. Unsere Zeichnungen vergrößern ihn stark, damit man ihn sehen und beschriften kann.
Die elektrische Ladung eines Protons und die eines Elektrons sind gleich groß, aber entgegengesetzt. Ein neutrales Atom besitzt gleich viele Protonen und Elektronen. „Neutral“ bedeutet also nicht, dass keine geladenen Teilchen vorhanden sind: Ihre Ladungen gleichen sich insgesamt aus.
Ordnungszahl und Massenzahl auseinanderhalten
Die Ordnungszahl Z gibt die Protonenzahl an. Sie legt das Element fest: Ein Kern mit sechs Protonen gehört zu Kohlenstoff, einer mit elf Protonen zu Natrium. Ändert sich die Protonenzahl, liegt ein anderes Element vor.
Die Massenzahl A zählt Protonen und Neutronen zusammen. Sie ist eine ganze Zahl ohne Einheit. Aus A und Z kannst du die Neutronenzahl N berechnen: N = A − Z. Die Elektronen zählen bei der Massenzahl nicht mit.
Bei der Bezeichnung „Natrium-23“ steht 23 für die Massenzahl. Das Elementsymbol Na und die Ordnungszahl 11 verraten die Protonenzahl. Die wissenschaftliche Nuklidschreibweise setzt die Massenzahl links oben und die Ordnungszahl links unten neben das Symbol.
2311Na → 11 p⁺, 12 n, 11 e⁻
Vergleichen und entdecken
Wasserstoff-1: 1 Protonen bestimmen das Element. 0 Neutronen ergeben zusammen mit den Protonen die Massenzahl 1. Das neutrale Atom hat 1 Elektronen. Die Ringe zeigen Schalen, keine beobachteten Flugbahnen.
Vergleiche besonders Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14: Die Kernangabe ändert sich, die Elektronenverteilung bleibt gleich. Die Kreise und Abstände sind nicht maßstäblich; blaue Punkte stehen für Elektronen. Es werden neutrale Atome im Grundzustand dargestellt.
Natrium-23 Schritt für Schritt entschlüsseln
1. Element nachschlagen: Natrium hat das Symbol Na und die Ordnungszahl 11. Im Kern sitzen deshalb elf Protonen.
2. Neutronen berechnen: Die Massenzahl beträgt 23. Ziehe die Protonenzahl ab: N = 23 − 11 = 12. Der Kern enthält also zwölf Neutronen.
3. Elektronen bestimmen: Weil ein neutrales Atom gemeint ist, gehören elf Elektronen zur Hülle. Eine Ionenladung wurde nicht angegeben.
4. Auf Schalen verteilen: Im einfachen Modell liegen zwei Elektronen auf der ersten, acht auf der zweiten und eines auf der dritten Schale. Die Summe 2 + 8 + 1 = 11 dient als Kontrolle. Das einzelne Elektron der äußersten besetzten Schale heißt Außenelektron oder Valenzelektron.
Was bedeutet eine Elektronenschale?
Eine Schale fasst Elektronenzustände mit derselben Hauptquantenzahl zusammen. Für den Einstieg kannst du sie als erlaubte Bereiche beziehungsweise Energieniveaus der Hülle betrachten. Die erste Schale heißt K-Schale, die zweite L-Schale und die dritte M-Schale.
Für die hier gezeigten neutralen Atome genügt die Verteilung von innen nach außen: zuerst höchstens zwei Elektronen in der ersten Schale, dann bis zu acht in der zweiten. Bei Natrium beginnt anschließend die dritte Schale. Chlor hat die Verteilung 2 | 8 | 7.
Die Grenze der Vereinfachung: Die dritte Schale kann grundsätzlich mehr als acht Elektronen aufnehmen. „2 | 8 | 8“ ist deshalb keine allgemeine Regel für alle Elemente. Bei schwereren Atomen muss man Unterschalen und deren energetische Reihenfolge berücksichtigen.
Die Ringe sind außerdem keine festen Kreisbahnen wie bei Planeten. Das genauere Orbitalmodell beschreibt mögliche Elektronenzustände und Aufenthaltswahrscheinlichkeiten. Wir lassen die Punkte bewusst nicht auf Kreisbahnen kreisen, damit das Modell nicht als echte Flugbahn missverstanden wird.
Isotope und Ionen: Was verändert sich jeweils?
Isotope gehören zum selben Element und haben gleich viele Protonen, aber unterschiedlich viele Neutronen. Kohlenstoff-12 besitzt sechs Protonen und sechs Neutronen. Kohlenstoff-14 besitzt ebenfalls sechs Protonen, aber acht Neutronen. Beide neutralen Atome haben sechs Elektronen und im einfachen Schalenmodell 2 | 4.
Ionen sind geladene Teilchen. Wenn ein Natriumatom ein Elektron abgibt, bleiben elf Protonen und nur zehn Elektronen: Das Ion trägt die Ladung +1 und wird Na⁺ geschrieben. Der Kern ändert sich bei dieser Elektronenabgabe nicht. Natrium bleibt Natrium.
Ein Elektron aufzunehmen macht ein Atom negativer, eines abzugeben positiver. Verwechsle das nicht mit einer Änderung der Protonenzahl. Die Bildung von Ionen und Ionenbindungen behandeln wir auf eigenen Seiten genauer.
Unterrichtsimpuls: Nur eine Teilchenzahl ändern
Zeige zuerst Kohlenstoff-12. Frage, was sich bei Kohlenstoff-14 ändern muss und was gleich bleibt. Öffne dann die zweite Darstellung. Lass die Erklärung ausdrücklich die Begriffe Proton, Neutron und Elektron verwenden.
Anschließend: „Ein Teilchen hat elf Protonen und zehn Elektronen. Ist es ein anderes Element als Natrium?“ Die richtige Begründung lautet: Nein, die Protonenzahl ist unverändert; es ist ein positiv geladenes Natriumion.
Sechs Aufgaben zum Selbstcheck
Erst selbst lösen, dann die Lösung öffnen.
2 · Chlor-35 hat Z = 17. Wie viele Neutronen enthält sein Kern?
Lösung ansehen
N = 35 − 17 = 18 Neutronen.
3 · Was unterscheidet Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14?
Lösung ansehen
Ihre Neutronenzahl: sechs beziehungsweise acht. Beide haben sechs Protonen.
4 · Natrium gibt ein Elektron ab. Welche Ladung entsteht?
Lösung ansehen
Na⁺: elf Protonen und zehn Elektronen ergeben die Ladung +1.
5 · Wie viele Außenelektronen hat ein neutrales Chloratom im einfachen Modell?
Lösung ansehen
Sieben; die Schalenbelegung ist 2 | 8 | 7.
6 · Sind die gezeichneten Ringe beobachtete Flugbahnen der Elektronen?
Lösung ansehen
Nein. Sie stellen Schalen im vereinfachten Modell dar. Das genauere Modell beschreibt Elektronenzustände mit Aufenthaltswahrscheinlichkeiten.
Kostenlos üben und nachschlagen
Kostenloses PDF
Atombau & Periodensystem – kostenloses Chemie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)
Teilchenzahlen, Isotope, Ionen und Schalenbelegungen mit Lösungen üben.
Zum kostenlosen Material →
Kostenloses PDF
Atombau & Schalenmodell – Chemie Lernkarte A5
Kompakte Übersicht am Beispiel Natrium-23.
Zum kostenlosen Material →Ein Nachschlagewerk für die weitere Chemie
Kaufbares Nachschlagewerk
Basiswissen Schule - Chemie 5. bis 10. Klasse
Das Duden-Basiswissen behandelt Stoffe und ihre Eigenschaften, chemische Reaktionen und das Periodensystem. Es ergänzt die Übungen dieser Seite durch ein umfassenderes Nachschlagewerk für die Sekundarstufe I.
Preis und Buchdetails ansehen →