Was genau sind die Orbitalen eines Atoms und was hat es mit s1, s2, p1...usw. auf sich?

Hallo.
Orbitale sind definitionsgemäß Lösungen der Schrödingergleichungen. 
Statt das Bohrsche Atommodell zu nutzen, nutzte man dieses Modell, da es genauer erklärt was im Atom vor sich geht. 
Die Schrödingergleichung nimmt Bezug auf die Heisenbergsche Unschärferelation, wodurch es nicht möglich sei, entweder Ort oder Geschwindigkeit eines so schnellen Teilchens wie des Elektrons genau zu bestimmen.
Daher sagt die Schrödingergleichung nur aus, dass ein bestimmtes Elektron die Wahrscheinlichkeit hat von 95% an einer bestimmten Stelle zu sein.
Orbitale sind quasi Räume in denen Elektronen eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit haben aufzutauchen.
s- und p-Orbitale sind nur ein Beispiel dafür, wie die Raumordnung des Orbitals ist (d.h. z.B. Hantelform).

Zur Sache selbst hast du ja schon mehr oder weniger richtige Antworten erhalten.

Ich will noch mal auf die Schreibweisen eingehen. Denn da geht die Chemie mal wieder einen eher merkwürdigen Weg.

Ähnlich wie beim Index (der kleinen tiefgestellten Zahl in Formeln) gibt auch hier eine kleine Zahl die Anzahl an. Auch hier wird die Anzahl nachgestellt, und im Gegenzatz zum Index hochgestellt.

Das war jetzt zu hoch für dich? Klar, deshalb kommen Beispiele, zunächst aber die Ergänzung, dass die Schalennummer vorn geschrieben wid, als nochmale Zahl:

• 2s ist also ein s-Orbital der 2 Schale, wenn du die Orbitale betrachtest, oder ein einzelnes Elektron im 2s-Orbital, wenn du die Elektronen betrachtest. Denn die hochgestellte kleine "1" lässt man einfach weg.
• 2s² ist ein s-Orbital der 2. Schale, dass mit 2 Elektronen besetzt ist.
• 1s² 2s² 2p³ ist die Elektronenkonfiguration eines Stickstoffatoms. Es enthält 2 Elektronen im 1s-Orbital, 2 Elektronen im 2s-Orbital und 3 Elektronen in den 3p-Orbitalen. Von den 3p-Orbitalen gibt es übrigens 3 Stück, und in der Regel ist jedes davon nur von einem Elektron belegt.

So viel erstmal. Bei den Hybridorbitalen wird dir diese Streibweise wieder begegnen, aber das hat wohl noch Zeit.

Orbitale beziehen sich auf das Bohr-Sommerfeld-Modell: https://de.wikipedia.org/wiki/Bohr-sommerfeldsches_Atommodell

Danach kreisen die Elektronen um den Atomkern wie Planeten um die Sonne, auf Kreis- oder Ellipsenbahnen.

Die Hauptquantenzahl benennt die große Halbachse dieser Ellipsen bzw. die Energie der Elektronen - genau allerdings nur im Wasserstoffatom, in größeren Atomen schirmen die inneren Elektronen die äußeren ab.

Wie du offensichtlich schon weißt, ist die Hauptquantenzahl die Zahl am Anfang der Orbitalbezeichnung.

Die Nebenquantenzahl benennt den Bahndrehimpuls, also die Elliptizität der Bahn. Hier versagt das Modell ziemlich, weil bei Keplerellipsen die kreisförmigsten Bahnen den größten Drehimpuls haben, aber in den Atomen die symmetrischsten Orbitale den kleinsten Drehimpuls. Aber um sich anschaulich was vorzustellen ist das Bohr-Sommerfeld-Modell immer noch sehr gut geeignet.

Die Nebenquantenzahl wird mit den Buchstaben s, p, d, f, g, ... bezeichnet. (Wenn du wissen willst, wo die herkommen - das sind die Anfangsbuchstaben von Beizeichnungen aus der Spektroskopie, aber das führt zu weit aus dem Thema hinaus.)

Als nächstes haben wir die Magnetquantenzahl, die heißt so, weil man sie zuerst in Magnetfeldern bemerkt hat.

Weil ein Atom ein hochgradig quantenmechanisches System ist, können die Bahnen der Elektronen nicht jeden Winkel gegenüber einem äußeren Magnetfeld annehmen, sondern nur bestimmte. Ein kreisendes geladenes Teilchen stellt einen Ringstrom dar und damit einen kleinen Elektromagneten. Dieser Elektromagnet kann sich nun (fast) parallel zum äußeren Magnetfeld einstellen, etwas geneigt dazu, ..., quer dazu, ..., (fast) gegenparallel zum äußeren Magnetfeld. Insgesamt gibt es 2 * Nebenquantenzahl + 1 mögliche Einstellungen zum äußeren Magnetfeld.

Dann gibt es noch die Spinquantenzahl, die daher kommt, dass das Elektron selbst sich auch dreht und dadurch ein eigenes Magnetfeld hat. Dieses Magnetfeld kann sich nur parallel oder antiparallel zu einem äußeren Magnetfeld einstellen. Diese Einstellungen nennt man "auf(wärts)" und "ab(wärts)", gekennzeichnet durch einen Pfeil nach oben bzw. nach unten, wenn es zum Verständnis nötig ist.

Hi,

Die Antwort von Katharsis ist richtig, ich möchte sie nur etwas umstellen:

Nach dem Rutherfordschen Goldfolienversuch war klar, daß ein Atom aus einem sehr kleinen, massiven Kern und viel freien Raum aus "nichts" besteht, in dem sich die Elektronen aufhalten.

Bohr berechnete für sein Atommodell den Abstand der Elektronen von Kern und kam zu den Schalen, d.h. die Elektronen umkreisen den Kern auf Kreisen/Ringen (wie die Planeten um die Sonne). Immer, wenn ein Ring "voll" ist, wird die nächste Schale angefangen. In der Schule kann man so viele Reaktionen beschreiben, die Wertigkeit der Atomsorten, Valenzelektronen und voll besetzte Schalen (chemisch nicht reaktive Elemente / Edelgaskonfiguration).

Dieses Modell ist sehr hilfreich, kann aber nicht 100%ig stimmen, da ein sich bewegendes, geladenes Teilchen (Elektron) ein Magnetfeld erzeugen müsste und daher die Atome nicht stabil wären. Die Elektronen werden daher nicht als Teilchen, sondern Welle gesehen (Dualismus Teilchen/Welle), die sich in bestimmten Räumen (Orbitalen) um den Kern aufhalten.Das Orbitalmodell unterteilt die Bohr´schen Schalen in Räume (Orbitale) um den Kern.

Die Orbitale werden mit s, p, d und f bezeichnet.

Jedes s-Orbital kann nur max. 2 Elektronen aufnehmen, jedes p-Orbital nur max. 6 Elektronen, jedes d-Orbital max 10 Elektronen.

Die erste Bohr´sche Schale hat nur ein s-Orbital: s1

Die zweite Bohrsche Schale hat ein s-Orbital und ein p-Orbital: s2 und p2

Die zweite Bohrsche Schale hat ein s-Orbital und ein p-Orbital: s2 und p2

Die dritte Bohrsche Schale hat ein s-Orbital, ein p-Orbital und ein d-Orbital: s3 und p3 und d3

Nur s- und p-Orbitale sind die Valenzelektronen (Oktettregel), aber alle Orbitale zusammen sind die früher gelernte Formel für die maximale Elektronenzahl = 2n hoch 2 je Schale.

Das Orbitalmodell unterteilt also die Bohr´schen Schalen (oder Kreise/Ringe) in Räume mit Kugelform (s-Orbital) oder Hantelform (p-Orbital) in denen sich die Elektronen aufhalten.

Das p-Orbital kann 6 Elektronen aufnehmen, so daß 3 "Hanteln" mit jeweils 2 Elektronen wie ein Kooordinatensystem in die 3 Raumrichtungen p(x), p(y) und p(z) zeigen. Später werdet ihr in der Schule daraus ableiten, wie der räumliche Bau von Molekülen ausseht.