כיצד מופצים אלקטרונים במעטפת אטום?

אלקטרונים הם חלקיקים תת-אטומיים זעירים עם מטען שלילי המקיף בקונכיות סביב גרעין האטום. כל פגז יכול להיחשב כרמת אנרגיה, וכל רמת אנרגיה חייבת להיות מלאה באלקטרונים לפני שאלקטרון עובר לקליפת אנרגיה גבוהה יותר. כמות האלקטרונים המוחזקים בכל מעטפת משתנה, ומסלולים וסידור האלקטרונים אינם דומים למודלים העגולים לחלוטין.

כל מעטפת אלקטרונים מכילה כמות שונה של אלקטרונים כדי למלא את הקליפה לחלוטין. מעטפת האלקטרונים הראשונה יכולה להכיל שני אלקטרונים. היסודות מימן, עם אלקטרון אחד, והליום, עם שני אלקטרונים, הם היסודות היחידים שיש להם מעטפת אלקטרונים אחת בלבד. המעטפת השנייה יכולה להכיל שמונה אלקטרונים. הקליפה השלישית מכילה 18 אלקטרונים, והרביעית מחזיקה 32.

קליפות האלקטרונים מחולקות עוד יותר לקונכיות משנה. תת קליפות אלה נחשבות לרמות אנרגיה ברמות האנרגיה של מעטפת האלקטרונים. תת קליפות אלה מיוצגות על ידי האותיות s, p, d, f. הם מחזיקים במספר ספציפי של אלקטרונים. לדוגמא, תת המעטפת מחזיקה בשני אלקטרונים ותת המעטפת p מחזיקה שישה. כל תת קליפה מסוגלת להכיל ארבעה אלקטרונים נוספים מאשר תת המעטפת הקודמת.

תת קליפות קיימות בכל אחת מקליפות האלקטרונים. לדוגמא, לאלמנט בורון יש חמישה אלקטרונים. שני האלקטרונים הראשונים משתלבים בקליפה הראשונה בתת-מעטפת הראשונה והיחידה. מעטפת האלקטרונים השנייה כוללת שלושה אלקטרונים. השניים הראשונים ממוקמים בתת-מעטפת s, עם אלקטרון אחד בתת-מעטפת p. סימון תת-מעטפת נפוץ לבורון הוא 1s2 2s2 2p1. סימון זה מציין איזו מעטפת אלקטרונים ראשונה לפי מספר, תת-מעטפת לפי האות וכמה אלקטרונים נמצאים בתת-מעטפת עם מספר.

למרות שמקובל לראות מודלים אלקטרוניים משתמשים בצורות מעגליות להצגת אלקטרונים וקונכיות אלקטרונים, צורת מסלול שונה למעשה. תת-מעטפת s בצורת כדור. כל מסלול p הוא בצורת משקולת. צורת המשקולת של מסלול ה- p יכולה להכיל רק שני אלקטרונים. מכיוון שמסלול p עשוי להכיל שישה אלקטרונים בסך הכל, כדי שמסלול p יהיה מלא, חייבות להיות שלוש צורות משקולת המשתלבות במרכז.

האלקטרונים הנמצאים בקליפות האלקטרונים ותתי הקליפות אינם עוטפים את הקליפות במסלול מוגדר מראש. האלקטרונים מסתובבים בענן. לדוגמא, תת המשנה של s כוללת שני אלקטרונים לכל היותר בצורה כדורית. שני האלקטרונים אינם מסתובבים סביב קצה הכדור; הם יכולים להיות נוכחים בכל מקום בתוך הצורה הכדורית בכל עת. למעשה, על פי הפיזיקה הקוונטית, האלקטרונים עשויים לצאת מחוץ לתחום. הצורה הכדורית של תת-מעטפת s היא רק המקום האפשרי ביותר לאתר את האלקטרונים בכל זמן מסוים. זה יוצר ענן של הסתברות שעליו יכול להיות האלקטרון נמצא בכל עת. זה נכון לגבי כל קליפות האלקטרונים ותתי הפגזים.