Che cos'è un subshell?

Una subshell è un'area all'interno della shell elettronica di un atomo che contiene un tipo di elettrone orbitale. Ogni atomo è costituito da un nucleo centrale di uno o più protoni positivi e zero o più neutroni senza carica, con elettroni che viaggiano attorno ad esso. Gli elettroni di un atomo non sono liberi di viaggiare in modo casuale, ma sono, in una certa misura, legati. Proprio come i libri sono organizzati secondo il formato di capitoli, pagine e linee, gli elettroni di un atomo sono organizzati in conchiglie, sottotitoli, orbitali. A meno che gli elettroni non siano eccitati energicamente, rimangono in quegli orbitali.

Le assegnazioni alle designazioni di shell e subshell dipendono dalle caratteristiche meccaniche quantistiche di un elettrone legato. Esistono quattro di questi numeri quantici: "n", "l", "m" e "s". Questi sono il numero quantico primario correlato all'energia (n) - associato al modello Bohr dell'atomo, il numero quantico del momento angolare (l), il vettore componente del momento angolare (m) e il numero (i) quantico di spin. Il valore n definisce la shell e deve essere un numero intero non inferiore a uno. Se il numero quantico primario n = 1, il numero di shell è 1, chiamato anche shell K; se n = 2, il numero di shell è 2, la shell L; se n = 3, la shell M; n = 4, la shell N; n = 5, la shell O; e così via.

Bypassare, momentaneamente, la descrizione del prossimo livello di ordine - subshells - orbitali di elettroni dipendono dal valore e dal momento angolare dell'elettrone. I valori del numero quantico del momento angolare, l, possono essere zero o numeri interi maggiori di zero; se l = 0, l'orbitale è un orbitale s; se l = 1, è una p-; se l = 2, a d-; l = 3, un f- e se l'orbitale ha un valore l = 4, l'orbitale è un orbitale g. È il valore l che determina la probabilità che un elettrone venga trovato all'interno di una determinata regione dello spazio, quella regione che possiede una forma definita. Un orbitale s è sferico, mentre un orbitale p ha due sfere appiattite con le superfici piane rivolte l'una verso l'altra. La forma dell'orbitale d può avere quattro sfere strettamente associate, oppure due sfere sopra e sotto un anello - valori più alti di 1 portano ad altre forme di probabilità orbitale.

Ogni shell ha uno o più subshells, ognuno dei quali può contenere orbitali. Le lettere che identificano le conchiglie corrispondono ai tipi orbitali che contengono: una d-subshell contiene d-orbitali, una f-subshell, f-orbitali. Il numero della possibile componente del momento angolare o dei valori m, moltiplicato per il numero di possibili valori quantici o valori s di spin, determina il numero massimo di orbitali che possono esistere all'interno di una particolare subshell. I valori per m possono essere un numero intero compreso tra -1 e +1, incluso 0, mentre s deve essere +1/2 o -1/2. Il calcolo ci fornisce, nel caso di una f-subshell (l = 3), sette valori m e due valori s, risultando in un massimo di 7 × 2 = 14 possibili orbitali.

Sommando gli orbitali subshell ci viene fornito il numero di orbitali possibili in ciascun tipo di shell. In una K-shell, esiste solo una s-subshell, che a sua volta contiene un massimo di due s-orbitali. Due shell secondarie, s- e p-, sono contenute nella shell L, e ogni shell secondaria contiene fino a 2 + 6 = 8 orbitali. I tre subshell di una shell M, s-, p- e d-, possono contenere 2 + 6 + 10 = 18 orbitali, mentre i subshell S-, p-, d e f di una shell N possono contenere fino a 2 + 6 + 10 + 14 = 32 orbitali. Le conchiglie G includono subshells s-, p-, d-, f- e g, e possono contenere fino a 2 + 6 + 10 + 14 + 18 = 50 orbitali.