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Ein Atom besteht aus seinem Kern mit den positiven Protonen und den ungeladenen Neutronen, und aus seiner Hülle mit den negativ geladenen Elektronen. Während das Element selber durch die Anzahl seiner Protonen definiert ist (Protonenzahl = Ordnungszahl), entscheidet der Hüllenaufbau über das chemische und physikalische Verhalten des Elements. WIE IST DIE HÜLLE AUFGEBAUT? Die Atomhülle ist in Schalen und Unterschalen aufgeteilt. Die Schalen sind durch die Hauptquantenzahl und die Unterschalen durch die Nebenquantenzahl fest definiert. Mit steigender Hauptquantenzahl ("Schalennummer") nimmt die jeweilige Anzahl der möglichen Unterschalen fortwährend um eins zu. So besitzt die unterste Schale nur eine Unterschale (1s-Niveau), die zweite bereits zwei (2s, 2p), die dritte drei (3s, 3p, 3d) usw. bis zur siebten Schale mit sieben Unterschalen. Die Unterschalen wiederum zerfallen weiter in Plätze (Magnetquantenzahlen). Die s-Unterschale hat nur einen, die p-Unterschale 3, die d-Unterschale 5, die f-Unterschale 7 usw. Jeder Platz kann von maximal 2 Elektronen belegt werden, die sich in ihrem Drehimpuls (Spin) voneinander unterscheiden (Spinquantenzahl). So kann also die s-Unterschale 2, die p-Unterschale 6, die d-Unterschale 10 und die f-Unterschale schließlich insgesamt 14 Elektronen aufnehmen. Jedes Elektron kann also anhand von vier Quantenzahlen beschrieben werden, und sein Platz - jedoch nicht seine Bewegung - korrekt wiedergegeben werden. STABILE ZUSTÄNDE Eine Atomhülle ist umso stabiler, je symmetrischer sich die Elektronen in ihr anordnen. So ist die größtmögliche Symmetrie immer dann erreicht, wenn die äußerste Schale - also jene mit der höchsten Hauptquantenzahl - in ihrem p-Niveau komplett belegt ist. Diesen Zustand nennt man auch "Edelgaszustand", da er bei den Edelgasen bereits als Grundzustand vorliegt. Daher erklärt sich auch, warum diese Elemente einerseits so reaktionsträge sind - je näher dabei die äußerste Schale relativ am Kern liegt, desto schwerer ist die Elektronenabgabe - und andererseits auch, warum Edelgase nur einatomig vorkommen. Aus der besonderen Stabilität der Edelgaskonfiguration folgt, dass Elemente deren Atomhüllen nur wenig von dieser Idealstruktur abweichen eine Affinität besitzen, diese Anordnung durch Abgabe bzw. Aufnahme der entsprechenden Anzahl von Elektronen zu erreichen. Daher rührt auch die Reaktivität der Halogene einerseits (ein Elektron fehlt) und der Alkalimetalle andererseits (ein Elektron ist überschüssig). Der Edelgaszustand ist jedoch nicht der einzige besonders stabile. Auch halb- oder vollbesetzte d-Orbitale ohne vorhandene zusätzliche s- und p-Elektronen weisen eine außerordentlich hohe Symmetrie und dadurch eine große Stabilität auf. Eine etwas geringere Symmetrie besitzen halb- oder vollbesetzte f-Orbitale. Im Endeffekt lassen sich alle physikalischen und chemischen Eigenschaften aus der Orbitalbelegung der Atome eines Elements erklären. Die Reaktivität ist durch die vorhandene Symmetrie - und deren Abweichen von einem stabilen Zustand gegeben. So ist die Elektronegativität etwa von der Anzahl der Valenzelektronen sowie deren relativer Nähe zum Atomkern bestimmt; ebenso auch der Metall- oder Nichtmetallcharakter eines Elements.