Atommodelle: Schalenmodelle

Das Schalenmodell vereinfacht das Atom so, dass ein positiv geladener Atomkern von Kugelschalen umgeben wird, in denen sich die Elektronen befinden. Nur die jeweils äußerste Schale ist für die chemischen Eigenschaften des Elements verantwortlich. Über die Bewegung der Elektronen wird keine Aussage gemacht.

Das Schalenmodell ist eine Erweiterung des Bohrschen Atommodells insbesondere für Atome mit mehrere Elektronen und eine Vereinfachung gegenüber dem Orbitalmodell (der Lösung der Schrödingergleichung).

Da es nur eine endliche Anzahl von Atomen gibt, lassen sich mit dem Modell gut einige Faustformeln angeben, die die chemischen Eigenschaften von Atomen bestimmen. Für die chemischen Eigenschaften sind dabei die Elektronen in der äußersten Schale verantwortlich, die Valenzelektronen. Zudem gibt es Regeln, welche Schalen mit wieviel Elektronen gefüllt werden kann. Im Grundzustand eines Atoms sind die inneren Schalen immer komplett gefüllt, was bei der äußersten Schalen nur bei den Edelgasen der Fall ist. Wieviele Elektronen in der äußersten Schale vorhanden sind oder fehlen, um sie komplett zu füllen, bestimmt grob das chemische Verhalten des Atoms. Dabei erweist es sich bei Verbindungen mit anderen Atomen als vorteilhaft, auf eine gefüllte äußere Schale zu kommen. Alkaliatome mit nur einem Elektron in der äußersten Schale neigen daher dazu, Verbindungen mit Atomen einzugehen, die mit diesem Elektron ihre Schale füllen können. Halogenen wiederum fehlt ein Elektron zur Füllung der äußersten Schalen, für die erweist es sich als vorteilhaft bei einer Verbindung, ein Elektron von einem anderen Atom borgen zu können. Bei den dabei entstehenden Molekülen oder Festkörpern ist die gesamte Verbindung nach wie vor neutral, lediglich die Anordnung der Elektronen verlagert sich etwas zu dem Atom hin, bei dem eine Schale gefüllt werden soll.

Das Modell eignet sich nicht für quantitative Aussagen über die genaue Anordnung der Atome in einem Molekül oder Festkörper oder welche Verbindungspartner welchen anderen vorgezogen werden können, wenn mehrere verfügbar sind. Auch läßt sich damit nicht beschreiben, wie etwa eine chemische Reaktion zeitlich abläuft oder welche Energie dabei frei wird oder notwendig ist.

Selbst die Idee der möglichst zu füllenden Schalen ist nicht immer schlüssig. Zum Beispiel gibt es auch chemische Verbindungen mit schweren Edelgasen, was nach diesem Schalenmodell so nicht vorkommen sollte.