Come sono distribuiti gli elettroni nel guscio di un atomo?

Gli elettroni sono minuscole particelle subatomiche con una carica negativa che orbitano in gusci attorno al nucleo di un atomo. Ogni guscio può essere considerato un livello di energia e ogni livello di energia deve essere pieno di elettroni prima che un elettrone si sposti verso un livello di energia superiore. La quantità di elettroni contenuti in ciascun guscio varia e le orbite e la disposizione degli elettroni non sono come i modelli perfettamente circolari comunemente visti.

Ogni guscio di elettroni contiene una quantità diversa di elettroni per riempire completamente il guscio. Il primo guscio elettronico può contenere due elettroni. Gli elementi idrogeno, con un elettrone, ed elio, con due elettroni, sono gli unici elementi che hanno un solo guscio elettronico. Il secondo guscio può contenere otto elettroni. Il terzo guscio contiene 18 elettroni e il quarto ne contiene 32.

I gusci di elettroni sono ulteriormente suddivisi in sottogusci. Questi sub-shell sono considerati livelli di energia all'interno dei livelli di energia del guscio di elettroni. Questi sub-gusci sono rappresentati dalle lettere s, p, d, f. Possiedono un numero specifico di elettroni. Ad esempio, il sub-shell s contiene due elettroni e il sub-shell p ne contiene sei. Ogni sub-shell è in grado di contenere quattro elettroni in più rispetto al precedente sub-shell.

I sub-shell sono presenti in ciascuno dei gusci di elettroni. Ad esempio, l'elemento boro ha cinque elettroni. I primi due elettroni si inseriscono nel primo guscio sul primo e unico sub-shell s. Il secondo guscio elettronico ha tre elettroni. I primi due si trovano sul sub-shell s, con un elettrone sul sub-shell p. Una notazione di subshell comune per il boro è 1s2 2s2 2p1. Questa notazione indica quale shell di elettroni per primo con un numero, il sub-shell con la lettera e quanti elettroni sono presenti sul sub-shell con un numero.

Sebbene sia comune vedere modelli di elettroni utilizzare forme circolari per visualizzare elettroni e gusci di elettroni, la forma di un'orbita è in realtà molto diversa. Il sub-shell s è a forma di sfera. Ogni orbitale p ha la forma di un manubrio. La forma a manubrio dell'orbitale p può contenere solo due elettroni. Poiché un orbitale p può contenere sei elettroni in totale, affinché un orbitale p sia pieno devono esserci tre forme di manubri che si incastrano al centro.

Gli elettroni presenti nei gusci e nei sottogusci elettronici non si avvolgono attorno ai gusci in un'orbita predefinita. Gli elettroni si muovono in una nuvola. Ad esempio, il sottolivello s ha due elettroni al massimo in una forma sferica. I due elettroni non ruotano attorno al bordo della sfera; possono essere presenti ovunque all'interno della forma sferica in qualsiasi momento. Infatti, secondo la fisica quantistica, gli elettroni possono uscire dalla sfera. La forma sferica del sottoguscio s è solo il punto più probabile per localizzare gli elettroni in un determinato momento. Questo crea una nuvola di probabilità sulla quale l'elettrone può trovarsi in qualsiasi momento. Questo è vero per tutti i gusci di elettroni e i sub-shell.