Die Zustände von Elektronen in Atomen zu beschreiben kann eine komplizierte Angelegenheit sein. Wenn die englische Sprache keine Wörter hätte, um Ausrichtungen wie "horizontal" oder "vertikal" oder "rund" oder "quadratisch" zu beschreiben, würde ein Mangel an Terminologie zu vielen Missverständnissen führen. Physiker brauchen auch Begriffe, um die Größe, Form und Orientierung der Elektronenorbitale in einem Atom zu beschreiben. Aber anstelle von Wörtern verwenden sie Zahlen, die Quantenzahlen genannt werden. Jede dieser Zahlen entspricht einem anderen Attribut des Orbitals, das es Physikern ermöglicht, das genaue Orbital zu identifizieren, das sie diskutieren möchten. Sie hängen auch mit der Gesamtzahl der Elektronen zusammen, die ein Atom aufnehmen kann, wenn dieses Orbital seine äußere oder Valenzschale ist.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
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Bestimmen Sie die Anzahl der Elektronen mit Quantenzahlen, indem Sie zuerst die Anzahl der Elektronen in jedem vollen Orbital zählen (basierend auf dem letzten vollständig besetzten Wert der Hauptquantenzahl), dann Addieren der Elektronen für die vollen Unterschalen des gegebenen Wertes der Hauptquantenzahl und dann Addieren von zwei Elektronen für jede mögliche magnetische Quantenzahl für die letzte Unterschale.
Subtrahiere 1 von der ersten oder Hauptquantenzahl. Da die Orbitale der Reihe nach ausgefüllt werden müssen, erfahren Sie, wie viele Orbitale bereits voll sein müssen. Ein Atom mit den Quantenzahlen 4,1,0 hat beispielsweise eine Hauptquantenzahl von 4. Das bedeutet, dass 3 Orbitale bereits voll sind.
Addieren Sie die maximale Anzahl von Elektronen, die jedes volle Orbital aufnehmen kann. Notieren Sie diese Nummer zur späteren Verwendung. Das erste Orbital kann beispielsweise zwei Elektronen aufnehmen; der zweite, acht; und der dritte, 18. Daher können die drei Orbitale zusammen 28 Elektronen aufnehmen.
Identifizieren Sie die Unterschale, die durch die zweite oder Winkelquantenzahl repräsentiert wird. Die Zahlen 0 bis 3 stehen für die Unterschalen "s", "p", "d" bzw. "f". 1 identifiziert beispielsweise eine "p"-Subshell.
Addieren Sie die maximale Anzahl von Elektronen, die jede vorherige Unterschale aufnehmen kann. Wenn die Quantenzahl beispielsweise eine "p"-Unterschale anzeigt (wie im Beispiel), addieren Sie die Elektronen in der "s"-Unterschale (2). Wenn Ihre Winkelquantenzahl jedoch "d" wäre, müssen Sie die in den beiden Unterschalen "s" und "p" enthaltenen Elektronen hinzufügen.
Addiere diese Zahl zu den Elektronen, die in den unteren Orbitalen enthalten sind. Beispiel: 28 + 2 = 30.
Bestimmen Sie, wie viele Orientierungen der endgültigen Unterschale möglich sind, indem Sie den Bereich legitimer Werte für die dritte oder magnetische Quantenzahl bestimmen. Wenn die Winkelquantenzahl gleich "l" ist, kann die magnetische Quantenzahl eine beliebige Zahl zwischen "l" und "−l" einschließlich sein. Wenn beispielsweise die Winkelquantenzahl 1 ist, kann die magnetische Quantenzahl 1, 0 oder –1 betragen.
Zählen Sie die Anzahl der möglichen Unterschalenorientierungen bis einschließlich derjenigen, die durch die magnetische Quantenzahl angezeigt wird. Beginnen Sie mit der niedrigsten Zahl. 0 steht beispielsweise für die zweite mögliche Ausrichtung der Unterebene.
Addiere zwei Elektronen für jede der Orientierungen zur vorherigen Elektronensumme. Dies ist die Gesamtzahl der Elektronen, die ein Atom in diesem Orbital enthalten kann. Da beispielsweise 30 + 2 + 2 = 34 ist, enthält ein Atom mit einer Valenzschale, die durch die Zahlen 4,1,0 beschrieben wird, maximal 34 Elektronen.