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Kugelwolkenmodell


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Das Kugelwolkenmodell (KWM, kimballsches Atommodell, Tetraedermodell) ist ein Atommodell, mit dem sich manche Phänomene (Kovalente Bindung, Molekülbau) veranschaulichen lassen. Es stellt eine Erweiterung des Bohrschen Atommodells dar und ist eine Vereinfachung gegenüber dem genaueren Orbitalmodell. Das Modell geht unter anderem auf den amerikanischen Quantenchemiker George Elbert Kimball (1906–1967) zurück.

Aus dem Schalenmodell von Bohr übernommen sind die Elektronenschalen, die um den Atomkern angeordnet sind. In jeder Schale sind aufgrund des Pauli-Prinzips jeweils maximal zwei Elektronen in einer Kugelwolke (kugeligen Elektronenwolke) zusammengefasst. Die Elektronenwolke ist als "Aufenthaltsraum" für die Elektronen zu verstehen, in dem sie sich bewegen. Je weiter eine Elektronenschale vom Mittelpunkt des Atoms entfernt ist, desto mehr Elektronenwolken können geometrisch um den Kern angeordnet werden. Dementsprechend passen bei wachsender Entfernung immer mehr Elektronenwolken auf eine Schale:

  • Erste Schale (K-Schale) = 2 Elektronen = 1 Elektronenwolke
  • Zweite Schale (L-Schale) = 8 Elektronen = 4 Elektronenwolken
  • Dritte Schale (M-Schale) = 18 Elektronen = 9 Elektronenwolken
  • Vierte Schale (N-Schale) = 32 Elektronen = 16 Elektronenwolken

Die Anzahl Elektronen, die in der n-ten Schale Platz haben, berechnen sich nach der Formel

Maximale Elektronenanzahl = 2×n².

Allerdings nimmt jede äußere Schale, wie schon im Bohrschen Modell festgelegt, zunächst nicht mehr als 8 Elektronen auf.

Regeln zum Auffüllen der Elektronenwolken

  • In der ersten Schale gibt es nur eine Kugelwolke, die zentral um den Kern angeordnet ist.
  • Ab der zweiten Schale werden immer erst 4 Elektronenwolken angelegt, erst in den Nebengruppen werden sie auf die Endzahl erweitert (allerdings spielt das bei der chemischen Bindung keine Rolle!)
  • Jede der vier Elektronenwolken wird aufgrund der Abstoßung der Elektronen zuerst einfach besetzt. Erst ab dem 5. Elektron auf der Schale sind die Elektronen paarweise in den Elektronenwolken verteilt.
  • Die Elektronenwolken versuchen immer einen möglichst großen Abstand zu erreichen, weshalb sie tetraedrisch angeordnet sind.
  • Die Besetzung der inneren Schalen wird nicht beachtet, da sie bei der chemischen Bindung keine Rolle spielen.[1]

Beispiele

Die folgende Grafik stellt in der Valenzstrichschreibweise die Elemente der 2. Periode dar. Vollbesetzte Kugelwolken werden durch einen Strich und halbbesetzte durch einen Punkt dargestellt.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Elemente Chemie I - Baden-Württemberg, 2004, S. 162-165.

Kategorien: Chemie | Atomphysik

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