Atomschalen

Atomschalen, auch Elektronenschalen genannt, sind quantisierte Energieniveaus um den Atomkern, in denen Elektronen mit derselben Hauptquantenzahl n residieren. Jede Schale wird durch n bestimmt; die erste Schale (n=1) wird K-Schale, die zweite (n=2) L-Schale, die dritte (n=3) M-Schale und so weiter bezeichnet.

Die maximale Anzahl von Elektronen in einer Schale beträgt 2n^2. Innerhalb einer Schale befinden sich Unterschalen (s, p, d, f) mit Kapazitäten 2, 6, 10 bzw. 14 Elektronen; insgesamt ergibt sich die 2n^2-Regel. Die Elektronenkonfiguration eines Atoms ergibt sich aus dem Aufbauprinzip: Die Reihenfolge 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s,...; dabei können energetische Überschneidungen auftreten, sodass Ausnahmen wie 4s vor 3d auftreten.

Die Atomschalen beeinflussen chemische Eigenschaften stark: Die äußere Schale (Valenzschale) bestimmt das Bindungsverhalten und die Reaktivität. Ionisierungsenergien, Spektrallinien und elektronische Übergänge werden durch Verschiebungen zwischen Schalen erklärt. Die Theorie beruht auf dem Pauli-Ausschlussprinzip, dem Aufbauprinzip und Hunds Regel.

Beispiele: Wasserstoff besitzt die Konfiguration 1s^1; Sauerstoff 1s^2 2s^2 2p^4; Natrium 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1; Argon hat die abgeschlossene Schale 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6; diese Konfigurationen bestimmen chemische Eigenschaften.