Unterschied zwischen Shell Subshell und Orbital

Hauptunterschied - Shell vs Subshell vs Orbital

Atom ist die Grundeinheit, aus der Materie besteht. In der Vergangenheit glaubten Wissenschaftler, dass Atome nicht weiter geteilt werden könnten. Spätere Entdeckungen enthüllten jedoch Informationen über subatomare Partikel, die darauf hindeuten, dass Atome weiter in subatomare Partikel unterteilt werden können. Die drei wichtigsten subatomaren Teilchen sind Elektronen, Protonen und Neutronen. Protonen und Neutronen bilden zusammen den Kern, den zentralen Kern des Atoms. Elektronen bewegen sich ständig um diesen Kern. Wir können den genauen Ort eines Elektrons nicht bestimmen; Elektronen bewegen sich jedoch in bestimmten Bahnen. Die Begriffe Hülle, Subshell und Orbital beziehen sich auf die wahrscheinlichsten Wege, die ein Elektron bewegen kann. Der Hauptunterschied zwischen Shell-Subshell und Orbital ist das Schalen setzen sich aus Elektronen zusammen, die die gleiche Hauptquantenzahl haben, und Subschalen bestehen aus Elektronen, die die gleiche Drehimpulsquantenzahl haben, während Orbitale aus Elektronen bestehen, die sich auf demselben Energieniveau befinden, aber unterschiedliche Spins aufweisen.

Wichtige Bereiche

1. Was ist eine Shell?
      - Definition, Struktur und Eigenschaften
2. Was ist eine Subshell?
      - Definition, Struktur und Eigenschaften
3. Was ist ein Orbital?
      - Definition, Struktur und Eigenschaften
4. Was ist der Unterschied zwischen Shell Subshell und Orbital
      - Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Atom, Elektronen, Orbital, Quantenzahl, Schale, Subshell

Was ist eine Shell?

Eine Hülle ist der Weg, dem Elektronen um den Atomkern folgen. Diese Energieniveaus werden auch als Energieniveaus bezeichnet, da diese Schalen entsprechend der Energie, aus der ein Elektron in dieser Schale besteht, um den Kern herum angeordnet sind. Die Schale mit der niedrigsten Energie ist dem Kern am nächsten. Das nächste Energieniveau befindet sich hinter dieser Schale.

Um diese Schalen zu erkennen, werden sie als K, L, M, N usw. bezeichnet. Die Schale in der niedrigsten Energieebene ist K Schale. Wissenschaftler haben diese Schalen jedoch mit Quantenzahlen benannt. Jede Schale hat eine eigene Quantenzahl. Die für die Schalen angegebene Quantenzahl wird als Hauptquantenzahl bezeichnet. Dann ist die Schale auf dem niedrigsten Energieniveau n = 1.

Alle Schalen enthalten nicht die gleiche Anzahl von Elektronen. Das niedrigste Energieniveau kann nur maximal 2 Elektronen aufnehmen. Das nächste Energieniveau kann bis zu 8 Elektronen aufnehmen. Es gibt ein Muster der Anzahl von Elektronen, die eine Schale aufnehmen kann. Dieses Muster ist unten angegeben.

Hauptquantenzahl (n)	Maximale Anzahl von Elektronen
n = 1	2
n = 2	8
n = 3	18
n = 4	32
n = 5	32
n = 6	32

Daher kann eine Schale maximal 32 Elektronen aufnehmen. Keine Schale kann mehr als 32 Elektronen haben. Höhere Schalen können mehr Elektronen aufnehmen als untere Schalen.

Das Vorhandensein dieser Schalen zeigt an, dass die Energie eines Atoms quantisiert wird. Mit anderen Worten, es gibt diskrete Energiewerte für die Elektronen, die sich in der Bewegung um den Kern befinden.

Abbildung 1: Atomic Shells

Die Elektronen in diesen Schalen können durch Absorption oder Freisetzung von Energie von einer Schale auf eine andere übertragen werden. Die Energiemenge, die absorbiert oder freigesetzt wird, sollte der Energiedifferenz zwischen zwei Schalen entsprechen. Wenn nicht, würde dieser Übergang nicht stattfinden.

Was ist eine Subshell?

Eine Subshell ist der Bereich, in dem sich Elektronen innerhalb einer Hülle bewegen. Diese werden nach der Drehimpulsquantenzahl benannt. Es gibt vier Haupttypen von Subshells, die in einer Shell gefunden werden können. Sie werden als s, p, d, f bezeichnet. Jede Subshell besteht aus mehreren Orbitalen. Die Anzahl der Orbitale in Subshells ist unten angegeben.

Subshell	Anzahl der Orbitale	Maximale Anzahl von Elektronen
s	1	2
p	3	6
d	5	10
f	7	14

Diese Subschalen sind auch nach der Energie angeordnet, aus der sie bestehen. In unteren Schalen ist die aufsteigende Reihenfolge der Energie der Unterschalen s

Abbildung 02: Formen der Subshells

Diese Subshells haben eine einzigartige 3D-Struktur. Die Unterschale ist kugelförmig. p subshell ist hantelförmig. Diese Formen sind oben angegeben.

Was ist ein Orbital?

Orbital ist eine mathematische Funktion, die das wellenartige Verhalten eines Elektrons beschreibt. Mit anderen Worten, der Begriff Orbital erklärt die genaue Bewegung eines Elektrons. Eine Subshell besteht aus Orbitalen. Die Anzahl der Orbitale, die eine Subshell hat, hängt von der Subshell ab. Dies bedeutet, dass die Anzahl der in einer Subshell vorhandenen Orbitale ein eindeutiges Merkmal für eine Subshell ist.

Subshell	Anzahl der Orbitale
s	1
p	3
d	5
f	10

Ein Orbital kann jedoch nur maximal zwei Elektronen aufnehmen. Diese Elektronen haben das gleiche Energieniveau, unterscheiden sich jedoch je nach Spin. Sie haben immer entgegengesetzte Drehungen. Wenn Elektronen in die Orbitale gefüllt werden, werden sie gemäß der Hund-Regel gefüllt. Diese Regel besagt, dass jedes Orbital in einer Unterschale einzeln mit Elektronen besetzt ist, bevor ein Orbital doppelt gekoppelt ist.

Abbildung 3: Formen von d-Orbitalen

Das obige Bild zeigt die Formen der d-Orbitale. Da eine d-Unterschale aus 5 Orbitalen besteht, zeigt das obige Bild die 5 verschiedenen Formen dieser Orbitale.

Unterschied zwischen Shell Subshell und Orbital

Definition

Schale: Shell ist der Weg, dem Elektronen um den Atomkern folgen.

Subshell: Subshell ist der Weg, auf dem sich ein Elektron innerhalb einer Hülle bewegt.

Orbital: Orbital ist eine mathematische Funktion, die das wellenartige Verhalten eines Elektrons beschreibt.

Name der Quantennummer

Schale: Eine Schale erhält die Hauptquantenzahl.

Subshell: Eine Unterschale erhält die Drehimpulsquantenzahl.

Orbital: Ein Orbital erhält die magnetische Quantenzahl.

Maximale Anzahl von Elektronen

Schale: Eine Schale kann maximal 32 Elektronen aufnehmen.

Subshell: Die maximale Anzahl von Elektronen, die eine Subshell aufnehmen kann, hängt vom Typ der Subshell ab.

Orbital:  Die maximale Anzahl von Elektronen, die ein Orbital aufnehmen kann, beträgt 2.

Fazit

Ein Atom besteht aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Protonen und Neutronen befinden sich im Kern. Elektronen bilden eine Wolke um den Kern. Diese Elektronenwolke hat Elektronen, die sich ständig bewegen. Weitere Entdeckungen haben gezeigt, dass dies nicht nur eine Wolke ist. Es gibt quantisierte Energieniveaus, in denen sich Elektronen bewegen. Sie sehen aus wie Bahnen, auf denen sich Elektronen bewegen können. Die Ausdrücke Schalen, Subschalen und Orbitale werden verwendet, um diese Pfade zu beschreiben. Der Hauptunterschied zwischen Schalenunterschale und Orbital besteht darin, dass Schalen aus Elektronen mit derselben Hauptquantenzahl bestehen und Unterschalen aus Elektronen mit derselben Drehimpulsquantenzahl bestehen, während Orbitale aus Elektronen bestehen, die sich auf dem gleichen Energieniveau befinden unterschiedliche Drehungen haben.

Verweise:

1. Andrew Rader. „Immer in Bewegung“. Grundlagen der Chemie, hier erhältlich. Abgerufen am 25. August 2017.
2. „GCSE Bitesize: Die Struktur eines Atoms.“ BBC, BBC, hier erhältlich. Abgerufen am 25. August 2017.

Bildhöflichkeit:

1. “Bohr-atom-PAR” von JabberWok in der englischsprachigen Wikipedia (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
2. "D-Orbitale" Von CK-12 Foundation - Datei: High School Chemistry.pdf, Seite 271 (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia