Verschil tussen Shell Subshell en Orbital

Belangrijkste verschil - Shell versus Subshell versus Orbital

Atom is de basiseenheid die materie samenstelt. In het verleden geloofden wetenschappers dat atomen niet verder konden worden verdeeld. Maar latere ontdekkingen onthulden informatie over subatomaire deeltjes, die aangaven dat atomen verder konden worden onderverdeeld in subatomaire deeltjes. De drie belangrijkste subatomaire deeltjes zijn elektronen, protonen en neutronen. Protonen en neutronen vormen samen de kern, de centrale kern van het atoom. Elektronen zijn voortdurend in beweging rond deze kern. We kunnen de exacte locatie van een elektron niet bepalen; elektronen bewegen echter in bepaalde paden. De termen shell, subshell en orbitaal verwijzen naar de meest waarschijnlijke paden die een elektron kan verplaatsen. Het grootste verschil tussen shell-subshell en orbitaal is dat schillen zijn samengesteld uit elektronen die hetzelfde hoofdkwantumgetal delen en subschalen zijn samengesteld uit elektronen die hetzelfde quantumgetal van impulsmoment delen, terwijl orbitalen zijn samengesteld uit elektronen die in hetzelfde energieniveau zijn maar verschillende spins hebben.

Key Areas Covered

1. Wat is een Shell
      - Definitie, structuur en eigenschappen
2. Wat is een Subshell
      - Definitie, structuur en eigenschappen
3. Wat is een Orbital
      - Definitie, structuur en eigenschappen
4. Wat is het verschil tussen Shell Subshell en Orbital
      - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: Atoom, Elektronen, Orbitaal, Kwantumnummer, Shell, Subshell

Wat is een Shell

Een schil is het pad gevolgd door elektronen rond de atoomkern. Dit worden ook energieniveaus genoemd omdat deze schillen rond de kern zijn gerangschikt volgens de energie waaruit een elektron in die schelp bestaat. De schaal met de laagste energie bevindt zich het dichtst bij de kern. Het volgende energieniveau bevindt zich achter die schaal.

Om deze shells te herkennen, worden ze genoemd als K, L, M, N, etc. De schaal in het laagste energieniveau is de K-schaal. Maar wetenschappers hebben deze shells met behulp van kwantumnummers genoemd. Elke schaal heeft zijn eigen kwantumnummer. Het kwantumgetal gegeven voor de shells wordt genoemd als het belangrijkste kwantumnummer. Dan is de schaal op het laagste energieniveau n = 1.

Alle schelpen hebben niet hetzelfde aantal elektronen. Het laagste energieniveau kan maximaal 2 elektronen bevatten. Het volgende energieniveau kan maximaal 8 elektronen bevatten. Er is een patroon van het aantal elektronen dat een schaal kan bevatten. Dit patroon wordt hieronder gegeven.

Hoofdkwantumnummer (n)	Maximum aantal elektronen
n = 1	2
n = 2	8
n = 3	18
n = 4	32
n = 5	32
n = 6	32

Daarom is het maximale aantal elektronen dat door een schaal kan worden vastgehouden 32. Geen enkel omhulsel kan meer dan 32 elektronen bevatten. Hogere shells kunnen meer elektronen bevatten dan die van lagere shells.

De aanwezigheid van deze schillen geeft aan dat de energie van een atoom is gekwantiseerd. Met andere woorden, er zijn discrete energiewaarden voor de elektronen die zich in de beweging rond de kern bevinden.

Figuur 1: Atoomschelpen

De elektronen in deze schalen kunnen van de ene schaal naar de andere worden overgedragen door energie te absorberen of vrij te geven. De hoeveelheid energie die wordt geabsorbeerd of vrijgegeven moet gelijk zijn aan het energieverschil tussen twee shells. Zo niet, dan zou deze overgang niet plaatsvinden.

Wat is een Subshell

Een subshell is het gebied waarin het elektron in een schaal beweegt. Deze worden benoemd volgens het quantumnummer van het impulsmoment. Er zijn 4 hoofdtypen van subshells die in een shell te vinden zijn. Ze worden genoemd als s, p, d, f. Elke subshell is samengesteld uit verschillende orbitalen. Het aantal orbitalen in subshells wordt hieronder weergegeven.

subshell	Aantal orbits	Maximum aantal elektronen
s	1	2
p	3	6
d	5	10
f	7	14

Deze subshells zijn ook gerangschikt volgens de energie waaruit ze zijn samengesteld. Bij lagere shells is de oplopende volgorde van de energie van subshells hetzelfde als

Figuur 02: Vormen van subschalen

Deze subshells hebben een unieke 3D-structuur. De subshell is bolvormig. p de subshell is haltervormig. Deze vormen zijn hierboven gegeven.

Wat is een Orbital

Orbital is een wiskundige functie die het golfachtige gedrag van een elektron beschrijft. Met andere woorden, de term orbitaal verklaart de exacte beweging van een elektron. Een subshell bestaat uit orbitalen. Het aantal orbitalen dat een subshell heeft, is afhankelijk van de subshell. Dit betekent dat het aantal orbitalen in een subshell een unieke functie is voor een subshell.

subshell	Aantal orbits
s	1
p	3
d	5
f	10

Een enkele opening kan echter maximaal twee elektronen bevatten. Deze elektronen bevinden zich in hetzelfde energieniveau, maar verschillen van elkaar op basis van hun spin. Ze hebben altijd tegenovergestelde spins. Wanneer elektronen in de orbitalen worden opgevuld, worden ze gevuld volgens de Hund's Rule. Deze regel geeft aan dat elke orbitaal in een subshell alleen bezet is met elektronen voordat een orbitaal dubbel gekoppeld is.

Figuur 3: Vormen van d-orbitalen

De bovenstaande afbeelding toont de vormen van d-orbitalen. Omdat de ene subschaal is samengesteld uit 5 orbitalen, toont de bovenstaande afbeelding de 5 verschillende vormen van deze orbitalen.

Verschil tussen Shell Subshell en Orbital

Definitie

Shell: Shell is het pad gevolgd door elektronen rond de atoomkern.

subshell: Subschaal is de route waarin een elektron zich binnen een schaal verplaatst.

Orbital: Orbital is een wiskundige functie die het golfachtige gedrag van een elektron beschrijft.

Naam van het kwantumnummer

Shell: Een schaal krijgt het belangrijkste kwantumnummer.

subshell: Een subschaal krijgt het quantumnummer van het impulsmoment.

Orbital: Een orbitaal krijgt het magnetische kwantumnummer.

Maximum aantal elektronen

Shell: Een schaal kan maximaal 32 elektronen bevatten.

subshell: Het maximale aantal elektronen dat een subschaal kan bevatten, is afhankelijk van het type subschaal.

Orbital:  Het maximale aantal elektronen dat een orbitaal kan vasthouden is 2.

Conclusie

Een atoom bestaat uit elektronen, protonen en neutronen. Protonen en neutronen bevinden zich in de kern. Elektronen vormen een wolk rond de kern. Deze elektronenwolk heeft elektronen die constant in beweging zijn. Verdere ontdekkingen hebben aangetoond dat dit niet alleen een wolk is. Er zijn gekwantiseerde energieniveaus waarin elektronen meebewegen. Ze zien eruit als wegen waar elektronen zich kunnen verplaatsen. De termen shells, subshells en orbitals worden gebruikt om deze paden te beschrijven. Het belangrijkste verschil tussen shell-subshell en orbitaal is dat shells zijn samengesteld uit elektronen die hetzelfde hoofdkwantumgetal delen en subshells zijn samengesteld uit elektronen die hetzelfde quantumgetal van impulsmomenten delen, terwijl orbitals zijn samengesteld uit elektronen die zich in hetzelfde energieniveau bevinden, maar verschillende spins hebben.

Referenties:

1. Andrew Rader. "Always in Motion." Chemistry Basics, hier beschikbaar. Toegankelijk 25 augustus 2017.
2. "GCSE-bitesize: de structuur van een atoom." BBC, BBC, hier beschikbaar. Toegankelijk 25 augustus 2017.

Afbeelding met dank aan:

1. "Bohr-atom-PAR" door JabberWok op de Engelse taal Wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "D orbitals" door CK-12 Foundation - Bestand: High School Chemistry.pdf, pagina 271 (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia