Πώς κατανέμονται τα ηλεκτρόνια στο κέλυφος του Atom;

Τα ηλεκτρόνια είναι μικροσκοπικά υποατομικά σωματίδια με αρνητικό φορτίο που περιστρέφονται σε κελύφη γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου. Κάθε κέλυφος μπορεί να θεωρηθεί ενεργειακό επίπεδο και κάθε επίπεδο ενέργειας πρέπει να είναι γεμάτο από ηλεκτρόνια πριν ένα ηλεκτρόνιο μετακινηθεί σε ένα υψηλότερο ενεργειακό κέλυφος. Η ποσότητα των ηλεκτρονίων που συγκρατούνται σε κάθε κέλυφος ποικίλλει και οι τροχιές και η διάταξη των ηλεκτρονίων δεν μοιάζουν με τα τέλεια κυκλικά μοντέλα που φαίνονται συνήθως.

Κάθε κέλυφος ηλεκτρονίων κρατά διαφορετική ποσότητα ηλεκτρονίων για να γεμίσει πλήρως το κέλυφος. Το πρώτο κέλυφος ηλεκτρονίων μπορεί να συγκρατήσει δύο ηλεκτρόνια. Τα στοιχεία υδρογόνο, με ένα ηλεκτρόνιο και ήλιο, με δύο ηλεκτρόνια, είναι τα μόνα στοιχεία που έχουν μόνο ένα κέλυφος ηλεκτρονίων. Το δεύτερο κέλυφος μπορεί να συγκρατήσει οκτώ ηλεκτρόνια. Το τρίτο κέλυφος κρατά 18 ηλεκτρόνια και το τέταρτο κρατά 32.

Τα κελύφη ηλεκτρονίων χωρίζονται περαιτέρω σε υπο-κελύφη. Αυτά τα υπο-κελύφη θεωρούνται επίπεδα ενέργειας εντός των επιπέδων ενέργειας του κελύφους ηλεκτρονίων. Αυτά τα δευτερεύοντα κελύφη αντιπροσωπεύονται από τα γράμματα s, p, d, f. Κρατούν έναν συγκεκριμένο αριθμό ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, το δευτερεύον κέλυφος s κρατά δύο ηλεκτρόνια, και το υπο-κέλυφος p κρατά έξι. Κάθε υπο-κέλυφος μπορεί να συγκρατήσει τέσσερα περισσότερα ηλεκτρόνια από το προηγούμενο υπόστρωμα.

Υπο-κελύφη υπάρχουν σε κάθε ένα από τα κελύφη ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, το στοιχείο βόριο έχει πέντε ηλεκτρόνια. Τα δύο πρώτα ηλεκτρόνια ταιριάζουν στο πρώτο κέλυφος στο πρώτο και μόνο υπό-κέλυφος Το δεύτερο κέλυφος ηλεκτρονίων έχει τρία ηλεκτρόνια. Τα δύο πρώτα βρίσκονται στο δευτερεύον κέλυφος, με ένα ηλεκτρόνιο στο υπο-κέλυφος p. Μια κοινή σημείωση υποβελτίου για το βόριο είναι 1s2 2s2 2p1. Αυτός ο συμβολισμός υποδεικνύει ποιο κέλυφος ηλεκτρονίων πρώτα από έναν αριθμό, το υπόστρωμα με το γράμμα και πόσα ηλεκτρόνια υπάρχουν στο υπο-κέλυφος με έναν αριθμό.

Αν και είναι σύνηθες να βλέπουμε τα μοντέλα ηλεκτρονίων να χρησιμοποιούν κυκλικά σχήματα για την εμφάνιση ηλεκτρονίων και κελυφών ηλεκτρονίων, το σχήμα μιας τροχιάς είναι στην πραγματικότητα πολύ διαφορετικό. Το δευτερεύον κέλυφος έχει σχήμα σφαίρας. Κάθε τροχιακό p έχει σχήμα αλτήρα. Το σχήμα αλτήρα του τροχιακού π μπορεί να συγκρατήσει μόνο δύο ηλεκτρόνια. Δεδομένου ότι ένα τροχιακό p μπορεί να έχει συνολικά έξι ηλεκτρόνια, για να είναι πλήρες ένα τροχιακό p πρέπει να υπάρχουν τρία σχήματα αλτήρα που αλληλοσυνδέονται στο κέντρο.

Τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στα κελύφη ηλεκτρονίων και τα υπο-κελύφη δεν τυλίγονται γύρω από τα κελύφη σε μια προκαθορισμένη τροχιά. Τα ηλεκτρόνια κινούνται σε ένα σύννεφο. Για παράδειγμα, το δευτερεύον επίπεδο έχει δύο ηλεκτρόνια μέγιστο σε σφαιρικό σχήμα. Τα δύο ηλεκτρόνια δεν περιστρέφονται γύρω από την άκρη της σφαίρας. Μπορούν να υπάρχουν οπουδήποτε μέσα στο σφαιρικό σχήμα ανά πάσα στιγμή. Στην πραγματικότητα, σύμφωνα με την κβαντική φυσική, τα ηλεκτρόνια μπορεί να βγαίνουν έξω από τη σφαίρα. Το σφαιρικό σχήμα του υπο-κελύφους είναι μόνο το πιο πιθανό σημείο για τον εντοπισμό των ηλεκτρονίων ανά πάσα στιγμή. Αυτό δημιουργεί ένα σύννεφο πιθανότητας στο οποίο το ηλεκτρόνιο μπορεί να βρίσκεται ανά πάσα στιγμή. Αυτό ισχύει για όλα τα κελύφη ηλεκτρονίων και υπο-κελύφη.