Co po co Geologowi wiedza o strukturze elektronowej atomu?

Ze względu na fakt, iż elektrony tworzące powłokę mają energię zbliżoną, ale nie taką samą, można je w obrębie powłoki podzielić na mniejsze zespoły o równej energii, nazywane podpowłokami elektronowymi.

Podpowłoki podobnie jak powłoki mają swoje oznaczenia literowe s, p, d, f (dalej g, h, …), a należące do nich elektrony nazywa się odpowiednio elektronami s, p itd. Charakteryzuje je również ograniczona i stała pojemność: podpowłoka s może zawierać najwyżej 2 elektrony, a każda następna podpowłoka (p, d, f…) ma pojemność o 4 elektrony większą od poprzedniczki, stad p – 6, d – 10, f – 14 elektronów.

Wraz ze wzrostem numeru powłoki wzrasta liczba możliwych podpowłok i jest ona równa numerowi powłoki, zatem powłoka pierwsza posiada tylko jedną podpowłokę (1s), co wskazuję, że praktycznie powłoka ta nie dzieli się na podpowłoki, powłoka druga ma dwie podpowłoki (2s i 2p), trzecia – trzy (3s, 3p i 3d), a czwarta - cztery (4s, 4p, 4d, 4f), itd.  

W obrębie danej powłoki energia elektronów zawsze wzrasta w kolejności s, p, d, f, …, wskazując na schemat zapełniania podpowłok. Również w tej samej kolejności wzrasta odległość między jądrem, a warstwą kulistą, w której elektrony danej podpowłoki przebywają najczęściej, natomiast maleje siła oddziaływania jądra i otaczających go elektronów.

Konfiguracja podpowłokowa to takie rozmieszczenie elektronów w powłokach i podpowłokach, które zapewnia możliwie najniższą energię każdemu z nich

Umowny zapis podpowłokowej konfiguracji elektronowej zawiera ciąg symboli typu na^k, gdzie n – numer powłoki (1-7), a – symbol podpowłoki (s, p, d, f, …), k – liczba elektronów w podpowłoce

Przykład: 

₂₀Ca: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

Na podstawie zamieszczonego przykładu widać, iż część elektronów znajduje się w powłoce wyższej (czwartej), mimo iż nie została w pełni wykorzystana powłoka niższa (trzecia). Oznacza to że w podpowłoce 4s elektrony mają niższą energię niż miałyby w przypadku zajęcia podpowłoki 3d.

Konfiguracja podpowłokową można ustalić na podstawie znanej konfiguracji powłokowej, co zostało przedstawione w poniższym przykładzie:

₅₅Cs: K²L⁸M¹⁸N¹⁸O⁸P¹ → ₅₅Cs: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s¹

Konfiguracja podpowłokową można również zapisać w postaci skróconej, z wykorzystaniem ujętego w nawias kwadratowy symbolu helowca poprzedzającego dany pierwiastek w układzie okresowym, oraz członów typu na^k dla elektronów, które należy dodać do tego helowca, aby uzyskać konfigurację atomu danego pierwiastka

Przykład:

₅₅Cs: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s¹

₅₅Cs: [Xe]6s¹