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2026-07-26T17:20:53Z

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{{BR}}
= Das Schalenmodell - Chemie =

{{BR}}
= Einleitung =

Das '''Schalenmodell''' ist ein vereinfachtes [[Atommodell]], mit dem Du den Aufbau der [[Atomhülle]] beschreiben kannst. Im Modell befinden sich negativ geladene [[Elektron|Elektronen]] auf bestimmten Schalen um den positiv geladenen [[Atomkern]]. Der Atomkern enthält [[Proton|Protonen]] und [[Neutron|Neutronen]].

Das Modell hilft Dir besonders dabei,

# die Elektronenverteilung einfacher Atome darzustellen,
# Informationen aus dem [[Periodensystem]] zu nutzen,
# [[Valenzelektron|Valenzelektronen]] zu erkennen,
# die Bildung von [[Ion|Ionen]] zu erklären,
# erste Zusammenhänge zwischen Atombau und chemischem Verhalten zu verstehen.

[[Datei:Bohr atom model.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=cG770N48Hzk |500|center}}

{{BR}}
== Vom Kern-Hülle-Modell zum Schalenmodell ==

Das [[Rutherfordsches Atommodell|Kern-Hülle-Modell]] unterscheidet zwischen einem sehr kleinen, massereichen Atomkern und einer großen Atomhülle. Das Schalenmodell ergänzt diese Vorstellung: Die Elektronen der Hülle werden verschiedenen Energiebereichen zugeordnet.

[[Datei:Rutherford atom.svg|420px|rahmenlos|center]]

Der dänische Physiker [[Niels Bohr]] entwickelte 1913 ein Atommodell mit bestimmten erlaubten Energieniveaus. Im schulischen Schalenmodell werden diese Energieniveaus als kreisförmige Schalen gezeichnet. Diese Kreise sind eine anschauliche Darstellung und keine echten Bahnen, auf denen Elektronen wie Planeten fliegen.

[[Datei:Niels Bohr.jpg|300px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Aufbau eines Atoms ==

Ein Atom besteht aus '''Atomkern''' und '''Atomhülle'''.

{| class="wikitable" style="margin:auto"
! Teilchen
! Ladung
! Ort im Atom
! Bedeutung
|-
| [[Proton]]
| positiv
| Atomkern
| Bestimmt die Ordnungszahl und damit das Element
|-
| [[Neutron]]
| neutral
| Atomkern
| Trägt zur Masse und zur Stabilität des Kerns bei
|-
| [[Elektron]]
| negativ
| Atomhülle
| Bestimmt wesentlich das chemische Verhalten
|}

Bei einem elektrisch neutralen Atom gilt:

<math>\text{Anzahl der Elektronen}=\text{Anzahl der Protonen}=\text{Ordnungszahl}</math>

Ein Sauerstoffatom hat die Ordnungszahl 8. Es besitzt daher 8 Protonen und als neutrales Atom auch 8 Elektronen.

[[Datei:Electron shell 008 Oxygen - no label.svg|420px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Die Elektronenschalen ==

Die Schalen werden vom Kern nach außen mit '''K, L, M, N''' und weiteren Buchstaben bezeichnet. Sie entsprechen den Hauptquantenzahlen <math>n=1,2,3,4,\ldots</math>.

{| class="wikitable" style="margin:auto"
! Schale
! Hauptquantenzahl
! Allgemeine Höchstzahl nach <math>2n^2</math>
! Vereinfachte Bedeutung in der Schule
|-
| K
| 1
| 2
| innerste Schale
|-
| L
| 2
| 8
| zweite Schale
|-
| M
| 3
| 18
| bei den ersten 20 Elementen meist mit höchstens 8 Elektronen dargestellt
|-
| N
| 4
| 32
| beginnt beim Kalium im vereinfachten Modell
|}

Die allgemeine Höchstzahl einer Schale wird mit

<math>N_{\max}=2n^2</math>

berechnet. Für die ersten 20 Elemente arbeitet der Chemieunterricht häufig mit der vereinfachten Verteilung '''2 | 8 | 8 | 2'''. Diese Vereinfachung entsteht, weil sich Energieniveaus und Unterschalen überlagern. Das genauere [[Orbitalmodell]] erklärt diese Besetzung besser.

{{BR}}
== Elektronen richtig verteilen ==

Gehe beim Zeichnen eines neutralen Atoms in dieser Reihenfolge vor:

# Lies die [[Ordnungszahl]] im Periodensystem ab.
# Setze diese Zahl als Anzahl der Protonen in den Kern.
# Verwende dieselbe Zahl als Anzahl der Elektronen.
# Fülle zuerst die K-Schale, danach die L-Schale und anschließend weitere Schalen.
# Prüfe, wie viele Elektronen auf der äußersten besetzten Schale liegen.

'''Beispiel Lithium:''' Lithium hat die Ordnungszahl 3. Zwei Elektronen liegen auf der K-Schale, ein Elektron liegt auf der L-Schale. Die Verteilung lautet '''2 | 1'''.

[[Datei:Electron shell 003 Lithium - no label.svg|360px|rahmenlos|center]]

'''Beispiel Natrium:''' Natrium hat die Ordnungszahl 11. Die Verteilung lautet '''2 | 8 | 1'''.

[[Datei:Electron shell 011 Sodium.svg|420px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=WFKHGYHV50E |500|center}}

{{BR}}
== Schalenmodell und Periodensystem ==

Das [[Periodensystem der Elemente|Periodensystem]] zeigt Dir wichtige Informationen über die Elektronenverteilung.

'''Periode:''' Die Periodennummer gibt bei den Hauptgruppenelementen an, wie viele Schalen besetzt sind. Natrium steht in der 3. Periode und besitzt drei besetzte Schalen.

'''Hauptgruppe:''' In der üblichen schulischen Hauptgruppenzählung zeigt die Hauptgruppennummer meist die Zahl der Valenzelektronen. Eine wichtige Ausnahme ist Helium: Seine einzige Schale ist bereits mit zwei Elektronen voll.

'''Ordnungszahl:''' Sie gibt die Zahl der Protonen an. Beim neutralen Atom entspricht sie auch der Zahl der Elektronen.

[[Datei:Periodic Table of Elements showing Electron Shells (2011 version).svg|700px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=OuIVWtr_kCQ |500|center}}

{{BR}}
== Valenzelektronen und Edelgaskonfiguration ==

Die Elektronen auf der äußersten besetzten Schale heißen '''Valenzelektronen''' oder Außenelektronen. Sie sind für viele chemische Reaktionen besonders wichtig.

Atome mit voll besetzter Außenschale sind meist besonders reaktionsträge. Diese Elektronenverteilung heißt '''Edelgaskonfiguration'''. Bei vielen Hauptgruppenelementen bedeutet sie acht Außenelektronen. Bei Helium sind bereits zwei Elektronen ausreichend.

Neon besitzt die Verteilung '''2 | 8'''. Seine Außenschale ist voll besetzt.

[[Datei:Electron shell 010 Neon.svg|420px|rahmenlos|center]]

Argon besitzt die Verteilung '''2 | 8 | 8'''.

[[Datei:Electron shell 018 Argon.svg|420px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Ionenbildung im Schalenmodell ==

Atome können Elektronen abgeben oder aufnehmen. Dabei verändert sich nicht der Atomkern, sondern nur die Zahl der Elektronen.

'''Kation:''' Ein Atom gibt ein oder mehrere Elektronen ab. Danach besitzt es mehr Protonen als Elektronen und ist positiv geladen.

'''Anion:''' Ein Atom nimmt ein oder mehrere Elektronen auf. Danach besitzt es mehr Elektronen als Protonen und ist negativ geladen.

Natrium hat die Verteilung '''2 | 8 | 1'''. Es kann sein Außenelektron abgeben:

<math>\mathrm{Na \rightarrow Na^+ + e^-}</math>

Das Natrium-Ion besitzt danach die Verteilung '''2 | 8'''.

Chlor hat die Verteilung '''2 | 8 | 7'''. Es kann ein Elektron aufnehmen:

<math>\mathrm{Cl + e^- \rightarrow Cl^-}</math>

Das Chlorid-Ion besitzt danach die Verteilung '''2 | 8 | 8'''.

[[Datei:NaCl Formation Lewis.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=DJ6GNeA930U |500|center}}

{{BR}}
== Energieaufnahme und Lichtabgabe ==

Elektronen können Energie aufnehmen und dadurch in einen höheren Energiezustand gelangen. Beim Übergang in einen niedrigeren Energiezustand wird Energie abgegeben, häufig als Licht. Die Energie eines Lichtquants lässt sich mit

<math>E=h\cdot f</math>

beschreiben. Dabei ist <math>h</math> das Plancksche Wirkungsquantum und <math>f</math> die Frequenz des Lichts.

Da nur bestimmte Energiedifferenzen erlaubt sind, entstehen charakteristische [[Linienspektrum|Linienspektren]]. Das Bohrsche Modell erklärt besonders das Spektrum des Wasserstoffatoms anschaulich.

[[Datei:Hydrogen spectrum.svg|600px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Stärken und Grenzen des Schalenmodells ==

Das Schalenmodell ist nützlich, weil es

# die Elektronenverteilung übersichtlich darstellt,
# das Periodensystem mit dem Atombau verbindet,
# Valenzelektronen sichtbar macht,
# einfache Ionenbildungen verständlich erklärt.

Es hat aber Grenzen. Elektronen bewegen sich nicht auf genau festgelegten Kreisbahnen. In der modernen Quantenmechanik werden Aufenthaltswahrscheinlichkeiten in [[Orbital|Orbitalen]] beschrieben. Auch die Elektronenverteilungen vieler Übergangsmetalle lassen sich mit dem einfachen Schalenmodell nicht ausreichend erklären.

Merke Dir deshalb: '''Ein Modell ist keine verkleinerte Wirklichkeit. Es ist ein Werkzeug, das bestimmte Beobachtungen erklärt und andere Details bewusst vereinfacht.'''

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Welche Teilchen befinden sich im Schalenmodell in der Atomhülle?'''
(Elektronen)
(!Protonen)
(!Neutronen)
(!Atomkerne)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie viele Elektronen passen höchstens auf die K-Schale?'''
(Zwei)
(!Vier)
(!Acht)
(!Achtzehn)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Elektronen bestimmen viele chemische Eigenschaften eines Atoms?'''
(Valenzelektronen)
(!Kernelektronen)
(!Neutronen)
(!Protonen)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Elektronenverteilung besitzt ein neutrales Natriumatom im vereinfachten Schalenmodell?'''
(2 8 1)
(!2 7 2)
(!2 8 8)
(!8 2 1)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was gibt die Ordnungszahl eines Elements an?'''
(Die Zahl der Protonen)
(!Die Zahl der Schalen)
(!Die Zahl der Neutronen)
(!Die Zahl der Isotope)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was entsteht, wenn ein Atom ein Elektron abgibt?'''
(Ein positiv geladenes Ion)
(!Ein negativ geladenes Ion)
(!Ein neues Element)
(!Ein Neutron)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie heißt ein negativ geladenes Ion?'''
(Anion)
(!Kation)
(!Isotop)
(!Molekül)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Aussage zur Periode ist im einfachen Schalenmodell richtig?'''
(Sie zeigt die Zahl der besetzten Schalen)
(!Sie zeigt die Zahl der Neutronen)
(!Sie zeigt die Masse eines Elektrons)
(!Sie zeigt die Ionenladung)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum ist Neon besonders reaktionsträge?'''
(Seine Außenschale ist voll besetzt)
(!Es besitzt keine Protonen)
(!Es besitzt nur eine Schale)
(!Sein Kern ist negativ geladen)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welches Modell beschreibt Elektronen genauer als Aufenthaltswahrscheinlichkeiten?'''
(Orbitalmodell)
(!Kugelteilchenmodell)
(!Daltonmodell)
(!Kernbausteinmodell)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Atomkern || Bereich mit Protonen und Neutronen
|-
| Elektronenschale || Energiebereich der Atomhülle
|-
| Valenzelektron || Elektron auf der äußersten besetzten Schale
|-
| K-Schale || Innerste Elektronenschale
|-
| Edelgaskonfiguration || Voll besetzte Außenschale
|-
| Kation || Positiv geladenes Ion
|-
| Anion || Negativ geladenes Ion
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Bedeutung
|-
| '''K-Schale'''
| erste Elektronenschale
|-
| '''L-Schale'''
| zweite Elektronenschale
|-
| '''Valenzschale'''
| äußerste besetzte Schale
|-
| '''Kation'''
| durch Elektronenabgabe positiv geladen
|-
| '''Anion'''
| durch Elektronenaufnahme negativ geladen

|}
{{E}}

<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Elektron || Welches negativ geladene Teilchen befindet sich in der Atomhülle?
|-
| Atomkern || Wie heißt der kleine massereiche Bereich im Zentrum eines Atoms?
|-
| Valenzschale || Wie heißt die äußerste besetzte Elektronenschale?
|-
| Kation || Wie heißt ein positiv geladenes Ion?
|-
| Anion || Wie heißt ein negativ geladenes Ion?
|-
| Orbitalmodell || Welches Modell beschreibt Aufenthaltswahrscheinlichkeiten von Elektronen?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Das+Schalenmodell+Chemie </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Ein Atom besteht aus Atomkern und { Atomhülle }. Im Kern befinden sich positiv geladene { Protonen } und neutrale Neutronen. Die negativ geladenen { Elektronen } werden im Schalenmodell verschiedenen Energiebereichen zugeordnet. Die innerste Schale heißt { K-Schale }. Auf ihr können höchstens zwei Elektronen liegen. Die Elektronen der äußersten besetzten Schale heißen { Valenzelektronen }. Die Ordnungszahl gibt die Zahl der { Protonen } an. Bei einem neutralen Atom ist die Zahl der Protonen gleich der Zahl der { Elektronen }. Die Periodennummer entspricht im einfachen Modell der Zahl der besetzten { Schalen }. Gibt ein Atom Elektronen ab, entsteht ein positiv geladenes { Kation }. Nimmt ein Atom Elektronen auf, entsteht ein negativ geladenes { Anion }. Eine voll besetzte Außenschale wird als { Edelgaskonfiguration } bezeichnet. Das genauere Modell der Atomhülle heißt { Orbitalmodell }.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===

# [[Schalenzeichnung]]: Zeichne die Schalenmodelle von Wasserstoff, Helium, Lithium und Kohlenstoff. Beschrifte Kern, Schalen und Elektronen.
# [[Elektronenkarten]]: Stelle mit Papierkreisen und kleinen Karten die Elektronenverteilungen der ersten zehn Elemente dar.
# [[Periodensystem-Suche]]: Wähle fünf Hauptgruppenelemente und notiere Ordnungszahl, Periode, Zahl der Schalen und Valenzelektronen.
# [[Modellbeschreibung]]: Erkläre das Schalenmodell in höchstens sechs Sätzen für eine jüngere Klasse.

{{BR}}
=== Standard ===

# [[Ionenbildung]]: Erstelle eine Bildfolge, die die Bildung von Natrium- und Chlorid-Ionen zeigt.
# [[Modellvergleich]]: Vergleiche Kugelteilchenmodell, Kern-Hülle-Modell und Schalenmodell in einer Tabelle.
# [[Erklärvideo]]: Produziere ein zweiminütiges Lernvideo zum Zeichnen eines Atoms im Schalenmodell.
# [[Edelgaskonfiguration]]: Untersuche an vier Beispielen, wie Atome durch Elektronenabgabe oder Elektronenaufnahme eine volle Außenschale erreichen.

{{BR}}
=== Schwer ===

# [[Fehleranalyse]]: Entwickle fünf absichtlich fehlerhafte Schalenmodelle und lasse eine Lerngruppe die Fehler begründen und korrigieren.
# [[Spektralanalyse]]: Recherchiere, wie Linienspektren entstehen, und verbinde Deine Erklärung mit Energieübergängen im Atom.
# [[Grenzen von Atommodellen]]: Schreibe einen begründeten Text darüber, warum das Schalenmodell nützlich, aber nicht vollständig ist.
# [[Unterrichtsprojekt]]: Plane eine Lernstation mit Modellbau, Periodensystem, Ionenbildung und Selbstkontrolle für Deine Klasse.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Elektronenverteilung begründen]]: Erkläre, wie Du aus der Ordnungszahl und der Stellung im Periodensystem das Schalenmodell von Magnesium entwickelst.
# [[Reaktivität vergleichen]]: Vergleiche Natrium, Neon und Chlor anhand ihrer Valenzelektronen und leite Unterschiede im chemischen Verhalten ab.
# [[Ionen vorhersagen]]: Begründe, welche Ionen Magnesium und Sauerstoff wahrscheinlich bilden und welche Elektronenverteilung danach vorliegt.
# [[Modellkritik]]: Beurteile die Aussage: Elektronen kreisen auf festen Bahnen wie Planeten um den Atomkern.
# [[Transfer auf unbekannte Elemente]]: Ein Hauptgruppenelement besitzt drei Schalen und zwei Valenzelektronen. Leite seine Stellung im Periodensystem und sein wahrscheinliches Ionenverhalten ab.
# [[Spektrum erklären]]: Erkläre den Zusammenhang zwischen Energieaufnahme, Elektronenübergang und Lichtabgabe mit eigenen Worten.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du

# Atomkern, Atomhülle und die drei wichtigsten Teilchen korrekt beschreibst,
# Elektronen mit Hilfe der Ordnungszahl auf Schalen verteilst,
# Periode, Hauptgruppe und Valenzelektronen miteinander verknüpfst,
# einfache Kationen und Anionen aus Elektronenübertragungen ableitest,
# die Edelgaskonfiguration an Beispielen erklärst,
# Stärken und Grenzen des Schalenmodells beurteilst,
# Deine Zeichnungen fachsprachlich beschriftest und Deine Entscheidungen begründest.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Schalenmodell_(Atomphysik) </iframe>

<br>

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Das Schalenmodell - Chemie]]'''
# [[Atom]]
# [[Atomkern]]
# [[Atomhülle]]
# [[Elektron]]
# [[Periodensystem]]
# [[Valenzelektron]]
# [[Ionenbildung]]
# [[Bohrsches Atommodell]]
# [[Orbitalmodell]]
|}

[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Atommodell]]
[[Kategorie:Atombau]]
[[Kategorie:Periodensystem]]
[[Kategorie:Ionen]]
[[Kategorie:Schule]]
[[Kategorie:Klasse 8-10]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Das Schalenmodell - Chemie - Versionsgeschichte

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