Gemäß demPauli-Prinzip darf der Zustand keiner zwei Elektronen eines Atoms in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen. Mit diesem Prinzip lässt sich zeigen, dass sich die Elektronen auf die verschiedenen erlaubten Zustände und damit auf dieSchalen und Unterschalen verteilen.
Die Hauptquantenzahlen legen die Schalen fest, die Nebenquantenzahlen die Unterschalen. Jede Schale kann gemäß den Beschränkungen von, und mit maximal 2n² Elektronen besetzt werden. Die Schalen werden aufsteigend, beginnend bei der Kernschale, mit Großbuchstaben bezeichnet: K, L, M, N, O, P, Q... Die Orbitale werden entsprechend den Serien vonSpektrallinien benannt, die einangeregtes Elektron aussendet, wenn es in sein ursprüngliches Orbital zurückfällt; die ersten vier Serien heißen aus historischen Gründen s („sharp“), p („principal“), d („diffuse“) und f („fundamental“).
Faustregel: Besetzungsreihenfolge entlang der roten Pfeile (Ausnahmen sieheAufbauprinzip)
Mit steigender Elektronenzahl derElemente werden die möglichen Zustände – bei den niedrigenEnergien beginnend – besetzt. Gemäß derHundschen Regel werden dabei die Orbitale gleicher Energie zuerst einfach, dann doppelt belegt.
Die Unterschalen werden in folgenderReihenfolge besetzt (zeilenweise, d. h. periodenweise geordnet):
Die Elektronenkonfiguration eines Atoms wird durch die besetzten Unterschalen beschrieben:[1]
DerNummer der Schale folgt der Buchstabe für die Unterschale und hochgestellt die Anzahl der Elektronen in der Unterschale. So ergibt sich z. B. für die mit 5 Elektronen besetzte 2. Unterschale (l = 1 bzw. p) der 3. Schale (n = 3 bzw. M) die Schreibweise 3p5.
Bei mehreren Unterschalen wird die gemeinsameSchale weggelassen: Aus 2s2 2p3 wird 2s2 p3.
Bei einer weiter verkürzten Schreibweise wird das Kürzel desEdelgases mit der nächstkleineren Ordnungszahl in eckige Klammern gesetzt und damit die fehlenden Unterschalen des darzustellenden Elements angegeben.
Dabei sind die Unterschalen nicht nach dem Aufbauprinzip anzugeben, sondern in der Reihenfolge der Hauptquantenzahl; also z. B. fürEuropium: [Xe] 4f7 6s2.
Daneben ist noch die Zellen- oder auchPauling-Schreibweise als anschauliche grafische Darstellung üblich.
