Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 5-6, G-Niveau

Elektronenkonfiguration - Chemie

Einleitung

Die Elektronenkonfiguration beschreibt, wie die Elektronen eines Atoms auf Schalen, Unterschalen und Atomorbitale verteilt sind. Sie verbindet den Aufbau eines Atoms mit seiner Stellung im Periodensystem und mit vielen chemischen Eigenschaften. Besonders wichtig sind die Elektronen der äußersten besetzten Schale: die Valenzelektronen.

Ein Orbital ist keine feste Kreisbahn. Es beschreibt einen Raumbereich, in dem sich ein Elektron mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhält. Für den Einstieg kannst Du zunächst mit dem Schalenmodell arbeiten und danach zur genaueren Orbitalschreibweise wechseln.

Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du die Elektronenzahl eines neutralen Atoms aus der Ordnungszahl bestimmen, Elektronenkonfigurationen einfacher Atome notieren, das Aufbauprinzip sowie das Pauli-Prinzip und die Hundsche Regel anwenden, Valenzelektronen erkennen und einfache Ionenkonfigurationen erklären.

Vom Schalenmodell zum Orbitalmodell

Elektronen und Ordnungszahl

Die Ordnungszahl $Z$ gibt die Zahl der Protonen im Kern an. Ein neutrales Atom besitzt ebenso viele Elektronen wie Protonen. Natrium hat zum Beispiel die Ordnungszahl 11 und deshalb 11 Elektronen. Bei Ionen unterscheidet sich die Elektronenzahl von der Protonenzahl, weil Elektronen abgegeben oder aufgenommen wurden.

Schalenmodell

Im vereinfachten Schalenmodell werden Elektronen auf die Schalen K, L, M und N verteilt. Für die maximal mögliche Elektronenzahl einer Schale mit der Hauptquantenzahl $n$ gilt:

$N_{m a x} = 2 n^{2}$

Für viele Schulaufgaben mit den ersten zwanzig Elementen ist die Verteilung 2, 8, 8, 2 besonders hilfreich. Sauerstoff besitzt beispielsweise die Schalenbelegung 2|6, Natrium 2|8|1 und Calcium 2|8|8|2. Das Orbitalmodell erklärt genauer, warum die Besetzung bei größeren Atomen nicht einfach Schale für Schale erfolgt.

Schalen, Unterschalen und Orbitale

Jede Schale enthält eine oder mehrere Unterschalen. Diese werden mit s, p, d und f bezeichnet. Eine s-Unterschale enthält ein Orbital, eine p-Unterschale drei, eine d-Unterschale fünf und eine f-Unterschale sieben Orbitale. Da jedes Orbital höchstens zwei Elektronen aufnehmen kann, ergeben sich die folgenden Kapazitäten:

Unterschale	Zahl der Orbitale	Maximale Elektronenzahl
s	1	2
p	3	6
d	5	10
f	7	14

Ein s-Orbital wird meist kugelförmig dargestellt. Die drei p-Orbitale sind hantelförmig und unterschiedlich im Raum ausgerichtet. Solche Bilder zeigen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, keine harten Begrenzungsflächen.

Regeln der Orbitalbesetzung

Aufbauprinzip

Im Grundzustand werden zunächst die energetisch günstigeren Orbitale besetzt. Die für Schulaufgaben wichtigste Reihenfolge lautet:

$1 s \to 2 s \to 2 p \to 3 s \to 3 p \to 4 s \to 3 d \to 4 p \to 5 s$

Dabei wird das 4s-Orbital bei neutralen Atomen vor dem 3d-Orbital besetzt. Das Diagonalschema hilft Dir, die Reihenfolge abzulesen.

Pauli-Prinzip

Nach dem Pauli-Prinzip können sich in einem Orbital höchstens zwei Elektronen befinden. Sie müssen entgegengesetzten Spin besitzen. In der Kästchenschreibweise werden sie deshalb als zwei entgegengesetzte Pfeile dargestellt: ↑↓.

Hundsche Regel

Gleichwertige Orbitale derselben Unterschale werden zuerst einzeln mit Elektronen gleichen Spins besetzt. Erst danach werden Elektronen gepaart. Für eine p-Unterschale mit vier Elektronen ergibt sich daher:

$p^{4} : [↑ ↓] [↑] [↑]$

Diese Verteilung ist energetisch günstiger als eine vorzeitige Paarung.

Elektronenkonfigurationen schreiben

Bedeutung der Schreibweise

In $3 p^{5}$ bezeichnet die 3 die Hauptschale, p die Unterschale und die hochgestellte 5 die Zahl der Elektronen in dieser Unterschale. Die Summe aller hochgestellten Zahlen muss bei einem neutralen Atom der Ordnungszahl entsprechen.

Vorgehen

Ordnungszahl bestimmen: Ermittle die Zahl der Elektronen.
Besetzungsreihenfolge nutzen: Beginne mit dem energetisch niedrigsten Orbital.
Kapazitäten beachten: Verteile höchstens 2 Elektronen auf s, 6 auf p, 10 auf d und 14 auf f.
Elektronenzahl prüfen: Addiere am Ende alle Exponenten.
Valenzelektronen erkennen: Betrachte bei Hauptgruppenelementen die Elektronen der äußersten besetzten Schale.

Beispiele

Element	Ordnungszahl	Elektronenkonfiguration	Schalenbelegung
Wasserstoff	1	$1 s^{1}$	1
Helium	2	$1 s^{2}$	2
Kohlenstoff	6	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{2}$	2, 4
Sauerstoff	8	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{4}$	2, 6
Natrium	11	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{1}$	2, 8, 1
Chlor	17	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{5}$	2, 8, 7
Calcium	20	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2}$	2, 8, 8, 2

Edelgasschreibweise

Voll besetzte innere Schalen können durch das Symbol des vorherigen Edelgases abgekürzt werden. Natrium wird so als $[N e] 3 s^{1}$ geschrieben. Für Chlor gilt $[N e] 3 s^{2} 3 p^{5}$ , für Calcium $[A r] 4 s^{2}$ . Die eckige Klammer steht für die vollständige Elektronenkonfiguration des genannten Edelgases.

Elektronenkonfiguration und Periodensystem

Das Periodensystem ist eng mit der Elektronenkonfiguration verbunden. Die Periodennummer entspricht der höchsten besetzten Hauptschale. Bei Hauptgruppenelementen lässt sich aus der Gruppe die Zahl der Valenzelektronen ableiten. Der zuletzt besetzte Unterschalentyp bestimmt den s-, p-, d- oder f-Block.

Bereich	Typische Endung	Bedeutung
s-Block	$n s^{1}$ oder $n s^{2}$	Die äußersten Elektronen besetzen eine s-Unterschale.
p-Block	$n s^{2} n p^{1}$ bis $n s^{2} n p^{6}$	Die p-Unterschale wird aufgefüllt.
d-Block	$(n - 1) d^{1}$ bis $(n - 1) d^{10}$	Die d-Unterschale der vorherigen Hauptschale wird aufgefüllt.
f-Block	$(n - 2) f^{1}$ bis $(n - 2) f^{14}$	Eine f-Unterschale wird aufgefüllt.

Valenzelektronen und Reaktivität

Atome mit gleicher Zahl an Valenzelektronen zeigen häufig ähnliche chemische Eigenschaften. Alkalimetalle besitzen ein Valenzelektron und geben es meist leicht ab. Halogene besitzen sieben Valenzelektronen und nehmen häufig ein Elektron auf. Edelgase besitzen eine voll besetzte Außenschale und sind deshalb besonders reaktionsträge.

Elektronenkonfiguration von Ionen

Ein positiv geladenes Kation entsteht durch Elektronenabgabe, ein negativ geladenes Anion durch Elektronenaufnahme. Natrium gibt sein 3s-Elektron ab:

$N a : [N e] 3 s^{1} \to N a^{+} : [N e]$

Chlor nimmt ein Elektron auf:

$C l : [N e] 3 s^{2} 3 p^{5} \to C l^{-} : [A r]$

Beide Ionen besitzen danach eine Edelgaskonfiguration. Bei Übergangsmetallen werden bei der Ionenbildung zuerst die Elektronen der äußersten Hauptschale entfernt. Beim Eisen werden daher die 4s-Elektronen vor den 3d-Elektronen abgegeben.

Besonderheiten und Grenzen

Das Aufbauprinzip liefert für viele Atome die richtige Grundkonfiguration, besitzt aber Ausnahmen. Zwei bekannte Beispiele sind Chrom mit $[A r] 3 d^{5} 4 s^{1}$ und Kupfer mit $[A r] 3 d^{10} 4 s^{1}$ . Halb oder vollständig besetzte d-Unterschalen sind hier besonders günstig.

Modelle vereinfachen die Wirklichkeit. Elektronen bewegen sich nicht auf gezeichneten Bahnen, und Orbitalflächen sind Wahrscheinlichkeitsdarstellungen. Für Schulaufgaben genügt meist die angegebene Besetzungsreihenfolge; in der Quantenchemie werden Energie, Spin und Wechselwirkungen noch genauer beschrieben.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt die Elektronenkonfiguration? (Die Verteilung der Elektronen auf Schalen und Orbitale) (!Die Verteilung der Protonen im Atomkern) (!Die Masse eines einzelnen Elektrons) (!Die Zahl der Neutronen in einem Isotop)

Wie viele Elektronen passen höchstens in ein Orbital? (Zwei) (!Eines) (!Vier) (!Acht)

Welche Unterschale kann maximal sechs Elektronen aufnehmen? (p) (!s) (!d) (!f)

Welches Orbital wird nach dem 3p-Orbital besetzt? (4s) (!3d) (!4p) (!5s)

Welche Regel fordert zunächst die Einzelbesetzung gleichwertiger Orbitale? (Hundsche Regel) (!Pauli-Prinzip) (!Oktettregel) (!Massenerhaltung)

Wie lautet die Elektronenkonfiguration von Helium? (1s2) (!1s1) (!2s2) (!1s2 2s1)

Wie viele Elektronen besitzt ein neutrales Natriumatom? (Elf) (!Zehn) (!Zwölf) (!Siebzehn)

Welche Kurzschreibweise gehört zu Natrium? (Ne 3s1) (!Ar 4s1) (!He 2s2) (!Ne 3p1)

Was entsteht, wenn ein Atom Elektronen abgibt? (Ein Kation) (!Ein Anion) (!Ein Neutron) (!Ein Isotop)

Welcher Block des Periodensystems wird durch das Auffüllen von d-Unterschalen gebildet? (d-Block) (!s-Block) (!p-Block) (!f-Block)

Memory

Aufbauprinzip	Energiearme Orbitale zuerst
Pauli-Prinzip	Höchstens zwei Elektronen je Orbital
Hundsche Regel	Erst Einzelbesetzung gleichwertiger Orbitale
Valenzelektron	Elektron der äußersten besetzten Schale
Kation	Positiv geladenes Ion
Anion	Negativ geladenes Ion
s-Unterschale	Ein Orbital
p-Unterschale	Drei Orbitale

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Elektronenkonfiguration
Aufbauprinzip	Besetzung nach steigender Energie
Pauli-Prinzip	Gegenläufiger Spin im selben Orbital
Hundsche Regel	Einzelbesetzung vor Paarung
Edelgasschreibweise	Abkürzung innerer Elektronenschalen
Valenzschale	Äußerste besetzte Hauptschale

Ordne anschließend für ein selbst gewähltes Hauptgruppenelement die Begriffe Ordnungszahl, Elektronenzahl, Valenzschale und Edelgaskonfiguration in einer eigenen Übersicht zu.

Kreuzworträtsel

Orbital	Wie heißt ein Raumbereich mit hoher Aufenthaltswahrscheinlichkeit für ein Elektron?
Valenzelektron	Wie heißt ein Elektron der äußersten besetzten Schale?
Edelgas	Welche Elementgruppe besitzt eine voll besetzte Außenschale?
Aufbauprinzip	Welche Regel verlangt die Besetzung energiearmer Orbitale zuerst?
Pauli	Welcher Name gehört zum Prinzip mit höchstens zwei Elektronen je Orbital?
Hundregel	Welche Regel verlangt die Einzelbesetzung gleichwertiger Orbitale?

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Lückentext

Die Verteilung der Elektronen in einem Atom heißt

. Bei einem neutralen Atom entspricht die Elektronenzahl der

. Ein Orbital kann höchstens

Elektronen aufnehmen. Die energetisch günstigsten Orbitale werden nach dem

zuerst besetzt. Gleichwertige Orbitale werden nach der

zunächst einzeln besetzt. Die s-Unterschale enthält genau ein

. Die äußersten besetzten Elektronen heißen

. Ein positiv geladenes Ion wird als

bezeichnet. Die Kurzschreibweise mit einem Edelgassymbol heißt

. Der zuletzt aufgefüllte Unterschalentyp bestimmt den

im Periodensystem.

Offene Aufgaben

Leicht

Schalenmodell zeichnen: Zeichne die Schalenbelegung von Sauerstoff, Natrium und Calcium und markiere jeweils die Valenzelektronen.
Elektronenzahlen prüfen: Wähle fünf Elemente aus den ersten drei Perioden und kontrolliere, ob die Summe der Exponenten ihrer Elektronenkonfiguration zur Ordnungszahl passt.
Orbital-Karten: Gestalte vier Lernkarten zu s-, p-, d- und f-Unterschalen mit Orbitalzahl und maximaler Elektronenzahl.
Periodensystem markieren: Kennzeichne in einer Kopie des Periodensystems den s-Block und den p-Block und erläutere die Farbwahl.

Standard

Kästchenschema erstellen: Zeichne für Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff die Orbitalbelegung und wende die Hundsche Regel sichtbar an.
Edelgasschreibweise vergleichen: Stelle die vollständige und die verkürzte Elektronenkonfiguration von Natrium, Chlor und Calcium gegenüber.
Ionenmodell bauen: Erstelle mit Papierkreisen oder digitalen Symbolen ein Modell für die Bildung von Natrium- und Chlorid-Ionen.
Erklärvideo planen: Produziere ein ein- bis zweiminütiges Lernvideo, in dem Du die Konfiguration eines selbst gewählten Hauptgruppenelements herleitest.

Schwer

Fehleranalyse Elektronenkonfiguration: Erfinde drei typische Fehlkonfigurationen und erkläre jeweils, welche Besetzungsregel verletzt wurde.
Übergangsmetalle untersuchen: Vergleiche die Elektronenkonfigurationen von Eisen, Eisen zwei plus und Eisen drei plus und begründe die Reihenfolge der Elektronenabgabe.
Ausnahmen recherchieren: Untersuche Chrom und Kupfer und entwickle eine anschauliche Erklärung für ihre besonderen Grundkonfigurationen.
Modellkritik Atommodell: Vergleiche Schalenmodell und Orbitalmodell in einem Poster oder Podcast und bewerte Nutzen und Grenzen beider Modelle.

Lernkontrolle

Unbekanntes Element bestimmen: Ein neutrales Atom besitzt die Konfiguration $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{4}$ . Bestimme Element, Periode, Block und Zahl der Valenzelektronen und begründe jeden Schritt.
Reaktivität erklären: Vergleiche Natrium und Neon mithilfe ihrer Elektronenkonfigurationen und leite daraus ihre unterschiedliche Reaktivität ab.
Ionenkonfiguration übertragen: Erkläre, warum Magnesiumionen und Oxidionen dieselbe Elektronenzahl besitzen, obwohl sie aus verschiedenen Elementen entstehen.
Regeln anwenden: Prüfe das Kästchenschema $2 p^{4} : [↑ ↓] [↑ ↓] []$ und korrigiere es unter Anwendung der Hundschen Regel.
Periodensystem deuten: Begründe, warum der p-Block sechs Spalten und der d-Block zehn Spalten umfasst.
Modellgrenzen beurteilen: Erkläre, weshalb die Aussage Elektronen kreisen auf festen Bahnen für das Orbitalmodell ungeeignet ist.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du Elektronenzahlen aus Ordnungszahlen ableiten, Schalen- und Orbitalschreibweisen unterscheiden, die Besetzungsreihenfolge anwenden, Elektronenkonfigurationen kontrollieren, Valenzelektronen im Periodensystem erkennen, einfache Ionen bilden und Deine Ergebnisse fachsprachlich begründen kannst. Ein geeigneter Lernnachweis verbindet eine schriftliche Herleitung mit einem Kästchenschema, einer kurzen Erklärung zur Stellung im Periodensystem und einer Transferaufgabe zur Ionenbildung.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Elektronenkonfiguration

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.