Atombau und Schalenmodell: Protonen, Neutronen, Elektronen einfach erklärt

Alles um uns herum besteht aus Atomen – winzigen Teilchen, die so klein sind, dass Millionen davon nebeneinander auf einen Millimeter passen. Der Atombau ist die Grundlage für das Verständnis von chemischen Bindungen, Reaktionen und dem Periodensystem. In Klasse 8 oder 9 wird er im Chemieunterricht eingeführt.

Kern und Hülle

Ein Atom besteht aus einem winzigen, schweren Kern und einer großen, fast leeren Hülle. Im Kern befinden sich Protonen (positiv geladen) und Neutronen (ungeladen). In der Hülle bewegen sich die Elektronen (negativ geladen). Fast die gesamte Masse steckt im Kern, fast das gesamte Volumen ist die Hülle.

Die Elementarteilchen

• Proton: Ladung +1, Masse etwa 1 u.
• Neutron: ungeladen, Masse etwa 1 u.
• Elektron: Ladung –1, Masse nur etwa 1/1836 der Protonenmasse.

Ein Atom ist nach außen neutral, weil es gleich viele Protonen wie Elektronen hat.

Ordnungszahl und Massenzahl

Die Ordnungszahl ist die Zahl der Protonen – sie bestimmt, um welches Element es sich handelt. Die Massenzahl ist die Summe aus Protonen und Neutronen. Kohlenstoff-12 hat 6 Protonen und 6 Neutronen, Massenzahl 12. Neutronenzahl = Massenzahl – Ordnungszahl.

Das Schalenmodell

Im Schalenmodell (nach Bohr) bewegen sich die Elektronen auf Schalen um den Kern. Jede Schale kann nur eine bestimmte Zahl von Elektronen aufnehmen: die erste 2, die zweite 8, die dritte (bis Calcium betrachtet) ebenfalls 8. Die Schalen werden von innen nach außen besetzt.

Beispiele

• Wasserstoff (1): 1 Elektron auf der 1. Schale.
• Kohlenstoff (6): 2 auf der 1., 4 auf der 2. Schale.
• Natrium (11): 2 – 8 – 1.
• Chlor (17): 2 – 8 – 7.

Die Elektronen auf der äußersten Schale heißen Valenzelektronen. Sie bestimmen das chemische Verhalten.

Ionen

Gibt ein Atom Elektronen ab, wird es zum positiv geladenen Kation (Na → Na⁺). Nimmt es Elektronen auf, wird es zum negativ geladenen Anion (Cl → Cl⁻). Die Zahl der Protonen bleibt dabei gleich – deshalb bleibt es dasselbe Element.

Isotope

Atome desselben Elements können unterschiedlich viele Neutronen haben. Man nennt sie Isotope. Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 haben beide 6 Protonen, aber 6 bzw. 8 Neutronen. C-14 ist radioaktiv und wird zur Altersbestimmung von Fossilien genutzt.

Modelle haben Grenzen

Das Schalenmodell ist eine Vereinfachung. In der Oberstufe wird es durch das Orbitalmodell ergänzt, das die Elektronen als Aufenthaltswahrscheinlichkeiten beschreibt. Für die Mittelstufe ist das Schalenmodell aber ideal, weil es Bindungen und das Periodensystem anschaulich erklärt.

Typische Fehler

• Massenzahl und Ordnungszahl verwechselt.
• Mehr als 2 Elektronen auf der ersten Schale gezeichnet.
• Bei Ionen die Zahl der Protonen verändert.

Teste dich selbst

1. Protonen, Elektronen, Neutronen von ²³Na (Ordnungszahl 11)? – Lösung: 11 p⁺, 11 e⁻, 12 n.
2. Schalenbesetzung von Magnesium (12)? – Lösung: 2 – 8 – 2.
3. Wie viele Elektronen hat Cl⁻ (Ordnungszahl 17)? – Lösung: 18.
4. Was unterscheidet C-12 und C-14? – Lösung: die Neutronenzahl (6 bzw. 8).

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• Chemie-Übungsblätter für die Mittelstufe: Atombau, Reaktionsgleichungen und Säuren

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