Das »Kern-Hülle-Modell« Rutherfords wurde von dem dänischen Physiker Niels Bohr (1885-1962) im Jahre 1913 entscheidend verbessert. Er nahm an, dass sich die Elektronen um den Atomkern nur auf ganz bestimmten Bahnen (»Elektronenschalen«) bewegen können. Jeder dieser Bahnen entspricht ein bestimmter Energiezustand des Atoms. Wenn ein Elektron von einem inneren Bereich auf einen äußeren gebracht werden soll, ist dazu Energie notwendig. Fällt ein Elektron von einem äußeren Bereich auf einen näher um den Kern liegenden, so wird dabei Energie, z. B. in Form von Licht, abgegeben. Die Elektronenschalen (Hauptenergiestufen) werden mit den Buchstaben K, L, M, N usw. oder mit den Ziffern 1, 2, 3, 4 usw. bezeichnet. Je weiter eine Schale vom Atomkern entfernt ist, desto mehr Elektronen können sich in ihr aufhalten (Tabelle 16).
Unabhängig voneinander ordneten der deutsche Chemiker Lothar Meyer (1830-1895) und der russische Chemiker Dimitri Mendelejew (1834-1907) die Elemente nach ihren Atommassen unter besonderer Berücksichtigung der Wertigkeiten. Dieses Ordnungsprinzip wurde immer weiter verfeinert und führte zum Periodensystem der Elemente (PSE). Die im PSE nebeneinander stehenden Elemente gehören zu einer Periode, die in den senkrechten Spalten untereinander stehenden Elemente bilden eine Gruppe.
Im PSE sind die Elemente nach ihrer Ordnungszahl und damit nach ihrer Elektronenzahl in der Atomhülle geordnet. Die Besetzung der Elektronenschalen erfolgt nach folgenden Grundregeln:
1. Jede Elektronenschale kann nur eine bestimmte Höchstzahl an Elektronen aufnehmen (siehe Tabelle 16)
2. Die äußere Schale eines Atoms ist höchstens mit 8 Elektronen besetzt.
| Schale | max. besetzt |
| 1 2 3 4 7 n |
2 8 18 32 98 2 ⋅ n2 |
Wie aus der Abb. 25.3 hervorgeht, wird die M-Schale (maximale Besetzung 18 Elektronen) nicht fortlaufend mit Elektronen aufgefüllt, sonst dürften bei den Elementen Kalium und Calcium nicht bereits Elektronen in die N-Schale eingebaut werden. Die weitere Auffüllung der M-Schale erfolgt erst bei den Elementen Scandium (Ordnungszahl 21) bis Zink (Ordnungszahl 30). Beim Element Gallium (Ordnungszahl 31) wird der Ausbau der N-Schale fortgesetzt, bis sich dort 8 Elektronen befinden. Dies ist beim Edelgas Krypton (Ordnungszahl 36) der Fall.
Welche Aussagen können über den Atombau des Elements Nr. 13 (Atommasse = 27 u) gemacht werden? Skizze!
Elektronenschalen: die Elektronen befinden sich in der Atomhülle auf bestimmten Energiestufen.Jede Elektronenschale kann nur eine für die Schale bestimmte Zahl von Elektronen aufnehmen.
Periodensystem der Elemente = PSE: Anordnung der Elemente nach ihrem Atombau (Ordnungszahl!)Elemente einer Periode haben die gleiche Zahl von Elektronenschalen.Elemente einer Hauptgruppe stimmen in der Zahl der Außenelektronen überein.
Elemente, in denen innere Schalen aufgefüllt werden, nennt man Übergangselemente. Es handelt sich bei ihnen ausschließlich um Metalle. Im PSE bilden die Elemente, bei denen Elektronen in die äußerste Schale eingebaut werden, die Hauptgruppen, während die Übergangselemente die Nebengruppen darstellen. Aus der Stellung im Periodensystem kann der Atombau eines Hauptgruppenelements nach folgender Regel abgeleitet werden:
Periode des Elements ≡ Zahl der Elektronenschalen
Gruppennummer ≡ Zahl der Außenelektronen (Valenzelektronen)
Demnach haben alle Atome von Elementen derselben Hauptgruppen die gleiche Anzahl von Außenelektronen. Sie unterscheiden sich aber in der Anzahl ihrer Elektronenschalen. Die Atome von Elementen einer Periode besitzen die gleiche Zahl von Elektronenschalen, aber unterschiedlich viele Außenelektronen.
Übergangselemente = Nebengruppenelemente: Auffüllung innerer Elektronenschalen.Da wir uns mit Übergangselementen kaum befassen, genügt der Hinweis, dass sie alle in ihrer äußersten Schale 1 oder 2 Elektronen besitzen.
