Das Schalenmodell wird oft im Rahmen des Schulunterrichts angewandt, um den Aufbau eines Atoms vorzustellen. Dabei wird oft das Bohrsche Atommodell mit dem Schalenmodell gleichgesetzt. Dennoch ist das Schalenmodell eine “Weiterenticklung” des Bohrschen Atommodells (und nicht ein Synonym)
Nach dem Bohrschen Atommodell “umkreisen” die negativ geladenen Elektronen den positiv geladenen Atomkern auf bestimmt Bahnen. Die Elektronen kreisen auf vorgegebenen Bahnen um den Kern. Jede dieser Bahnen steht dabei für ein bestimmtes Energieniveau. Das bedeutet, jedem Elektron wird eine bestimmte Kreisbahn zugeordnet, mit einem bestimmten Abstand zu Atomkern
Das Schalenmodell baut auf einer ähnlichen Modellvorstellung auf. Nach dem Schalenmodell sind negativ geladene Elektronen in der Atomhülle in Schalen angeordnet, vorstellbar wie die Schalen einer Zwiebel. Die maximale Elektronen-Kapazität einer Schale beträgt dabei 2n² (n = Schale). Diese Elektronen bewegen sich dabei mit einem bestimmten Abstand um den positiv geladenen Atomkern. Dabei entsprechen die Schalen (im Schalenmodell) den räumlichen Aufenthaltsbereichen für Elektronen mit ähnlicher Energie.
Daher ist das Schalenmodell im eigentlichen Sinne kein neues Modell, da bereits im Bohrschen Atommodell Elektronen modellhaft auf bestimmten Kreisbahnen den Atomkern umkreisen. Das Schalenmodell ist daher als eine Erweiterung des Bohrschen Atommodells und eine Vereinfachung des Orbitalmodells zu sehen.
Die “Unschärfebeziehung” von Heisenberg (Ort und Geschwindigkeit von Elektronen lassen sich nicht beliebig genau bestimmen) führt dazu, dass sich die Vorstellung von genau definierten Bahnen in der Atomhülle (Modellvorstellung des Bohrschen Atommodells) als falsch erwiesen hat. Über die Bahn sind prinzipiell keine Aussagen möglich, die Bahn kann nur mithilfe statistischer Möglichkeiten beschrieben werden.
Im Orbitalmodell wird nun die Bahn auf der sich Elektronen befinden zu einem Aufenthaltsraum (Orbital), in dem sich ein Elektron mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhält. Die konkrete Berechnung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit und dem “genauen” Ort des Elektrons in der Atomhülle wäre mathematisch fast unmöglich. Daher hat sich das Schalenmodell als Vereinfachung des Orbitalmodells bewährt.
Das Schalenmodell erklärt daher den Aufbau eines Atoms, in dem es auf dem Bohrschen Atommodell aufbaut, aber andererseits auch die modernen Anforderungen aus der Quantenmechanik (aus dem Orbitalmodell) berücksichtigt. Denn für den “Aufenthaltsort eines Elektrons in der Atomhülle kann kein genauer Ort angegeben werden (was aber eine Bahn wäre), sondern nur ein bestimmter Aufenthaltsbereich (eine Schale bzw. Orbital). Die Abgrenzung des Schalenmodells vom Bohrschen Atommodell resultiert daher, dass das Schalenmodell nicht mehr von klassischen Teilchenbahnen ausgeht (wie im Bohrschen Atommodell), sondern baut auf quantenmechanischen Ansätzen auf.
Ordnet man nun jedes Elektron in der Atomhülle ein, so wird jedem Elektron ein möglichst niedriges Energieniveau (= Schale) zugeordnet. Da die sogenannte “innerste Schale” (die Schale, die sich dem Atomkern am nächsten befindet) hat das niedrigste Energieniveau und wird daher zuerst mit Elektronen besetzt. Jede Bahn wird mit einem Buchstaben K, L, M, N,… oder einer Zahl 1, 2, 3, 4,… “bezeichnet”, (wobei gilt: K = 1, L =2, ..) und kann 2n²-Elektronen “aufnehmen”
Nehmen wir als Beispiel das Natrium-Atom und leiten uns das Schalenmodell für Natrium her:
Nun müssen wir als gemäß dem Schalenmodell 11 Elektronen verteilen:
Das Schalenmodell ist eine Darstellung eines Atoms, bei der die Elektronen in konzentrischen Kreisen oder “Schalen” um den Kern angeordnet sind. Jede Schale repräsentiert eine unterschiedliche Energieebene.
Die Anzahl der maximalen Elektronen einer Schale kann mit der Formel 2n² berechnet werden, wobei n die Anzahl der Schalen ist.
Die K-Schale ist die innerste Schale eines Atoms und kann bis zu zwei Elektronen beherbergen. Die L-Schale ist die zweite Schale und kann bis zu acht Elektronen beherbergen. Die M-Schale ist die dritte Schale und kann bis zu achtzehn Elektronen beherbergen.
Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen.
Wenn eine Schale voll ist, beginnen die überschüssigen Elektronen, die nächste Schale zu füllen.
Das Periodensystem der Elemente stellt die Anordnung von Atomen basierend auf der Anzahl der Protonen im Kern und der Anzahl der Elektronen in den Schalen dar.
Die Oktettregel besagt, dass Atome stabil sind, wenn ihre äußerste Schale acht Elektronen enthält.
Valenzelektronen sind die Elektronen auf der äußersten Schale eines Atoms. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei chemischen Bindungen, da sie die Elektronen sind, die von Atomen geteilt oder ausgetauscht werden.
Ein Ion ist ein Atom oder Molekül, das eine Ladung hat, weil es Elektronen gewonnen oder verloren hat. In einem Schalenmodell werden die Ionen dargestellt, indem die Anzahl der Elektronen auf der äußersten Schale dem Ladungszustand des Ions angepasst wird.
Ein Atom hat die gleiche Anzahl von Elektronen wie Protonen und ist daher neutral. Ein Ion hingegen hat entweder mehr oder weniger Elektronen als Protonen, was zu einer positiven oder negativen Ladung führt.