Was ist eine Subshell?

Eine Unterschale ist ein Bereich innerhalb der Elektronenhülle eines Atoms, der eine Art Elektronenorbital enthält. Jedes Atom besteht aus einem zentralen Kern aus einem oder mehreren positiven Protonen und null oder mehreren ladungslosen Neutronen, auf denen Elektronen wandern. Die Elektronen eines Atoms können sich nicht beliebig fortbewegen, sondern sind zu einem gewissen Grad gebunden. So wie Bücher nach dem Format von Kapiteln, Seiten und Linien organisiert sind, sind die Elektronen eines Atoms in Schalen, Unterschalen und Orbitale organisiert. Sofern Elektronen nicht energetisch angeregt werden, verbleiben sie in diesen Orbitalen.

Zuordnungen zu Schalen- und Unterschalenbezeichnungen hängen von den quantenmechanischen Eigenschaften eines gebundenen Elektrons ab. Es gibt vier solcher Quantenzahlen: "n", "l", "m" und "s". Dies sind die energiebezogene Primärquantenzahl (n) - assoziiert mit dem Bohr-Modell des Atoms, der Drehimpulsquantenzahl (l), dem Drehimpulskomponentenvektor (m) und der Drehimpulsquantenzahl (en). Der n-Wert definiert die Shell und muss eine ganze Zahl sein, die nicht kleiner als eins ist. Wenn die primäre Quantenzahl n = 1 ist, ist die Hüllennummer 1, auch K-Hülle genannt; wenn n = 2 ist, ist die Schalennummer 2, die L-Schale; wenn n = 3, die M-Schale; n = 4, die N-Schale; n = 5, die O-Schale; und so weiter.

Umgeht man momentan die Beschreibung der nächsten Ordnungsebene - Unterschalen -, hängen die Elektronenorbitale vom Wert und dem Drehimpuls des Elektrons ab. Die Werte der Drehimpulsquantenzahl l können Null oder ganze Zahlen größer als Null sein. wenn l = 0 ist, ist das Orbital ein s-Orbital; wenn l = 1 ist, ist es ein p-; wenn l = 2, ein d-; l = 3, ein f- und wenn das Orbital einen Wert von l = 4 hat, ist das Orbital ein g-Orbital. Es ist der l-Wert, der die Wahrscheinlichkeit bestimmt, dass ein Elektron in einer bestimmten Region des Raums gefunden wird, wobei diese Region eine bestimmte Form besitzt. Ein s-Orbital ist kugelförmig, während ein p-Orbital zwei abgeflachte Kugeln aufweist, deren flache Oberflächen einander zugewandt sind. Die Form des d-Orbitals kann vier eng verbundene Kugeln oder zwei Kugeln über und unter einem Ring haben - höhere Werte von l führen zu anderen Formen der Orbitalwahrscheinlichkeit.

Jede Schale hat eine oder mehrere Unterschalen, von denen jede Orbitale enthalten kann. Buchstaben, die die Unterschalen identifizieren, stimmen mit den Orbitalarten überein, die sie enthalten: eine D-Unterschale enthält D-Orbitale, eine F-Unterschale, F-Orbitale. Die Anzahl der möglichen Drehimpulskomponenten oder m-Werte multipliziert mit der Anzahl der möglichen Spinquanten oder s-Werte bestimmt die maximale Anzahl der Orbitale, die innerhalb einer bestimmten Unterschale existieren können. Werte für m können eine beliebige ganze Zahl zwischen -1 und +1 sein, einschließlich 0, während s entweder +1/2 oder -1/2 sein muss. Die Berechnung ergibt für eine f-Subshell (l = 3) sieben m-Werte und zwei s-Werte, so dass maximal 7 × 2 = 14 Orbitale möglich sind.

Addiert man die Subshell-Orbitale, so erhält man die Anzahl der möglichen Orbitale in jeder Art von Shell. In einer K-Shell gibt es nur eine S-Subshell, die selbst maximal zwei S-Orbitale enthält. Die L-Schale enthält zwei Unterschalen, s- und p-, und jede Unterschale enthält bis zu 2 + 6 = 8 Orbitale. Die drei Unterschalen einer M-Schale, s-, p- und d-, können 2 + 6 + 10 = 18 Orbitale enthalten, während die S-, p-, d- und f-Unterschalen einer N-Schale bis zu 2 Orbitale enthalten + 6 + 10 + 14 = 32 Orbitale. G-Schalen umfassen S-, P-, D-, F- und G-Unterschalen und können bis zu 2 + 6 + 10 + 14 + 18 = 50 Orbitale enthalten.