Jak rozmieszczane są elektrony w powłoce atomu?

Elektrony są małymi cząstkami subatomowymi o ujemnym ładunku, które krążą w powłokach wokół jądra atomu. Każda powłoka może być uważana za poziom energii, a każdy poziom energii musi być pełen elektronów, zanim elektron przejdzie do powłoki o wyższej energii. Ilość elektronów trzymanych w każdej powłoce jest różna, a orbity i układ elektronów nie przypomina powszechnie widywanych modeli idealnie kołowych.

Każda powłoka elektronowa zawiera inną ilość elektronów, aby całkowicie wypełnić powłokę. Pierwsza powłoka elektronowa może pomieścić dwa elektrony. Pierwiastki wodór z jednym elektronem i hel z dwoma elektronami to jedyne pierwiastki, które mają tylko jedną powłokę elektronową. Druga powłoka może pomieścić osiem elektronów. Trzecia powłoka zawiera 18 elektronów, a czwarta 32.

Powłoki elektronowe są dalej podzielone na podpowłoki. Te podpowłoki są uważane za poziomy energetyczne w ramach poziomów energetycznych powłoki elektronowej. Te podpowłoki są reprezentowane przez litery s, p, d, f. Posiadają określoną liczbę elektronów. Na przykład podpowłoka s zawiera dwa elektrony, a podpowłoka p zawiera sześć. Każda podpowłoka jest w stanie pomieścić cztery elektrony więcej niż poprzednia podpowłoka.

Podpowłoki są obecne na każdej z powłok elektronowych. Na przykład pierwiastek bor ma pięć elektronów. Pierwsze dwa elektrony mieszczą się w pierwszej powłoce na pierwszej i jedynej podpowłoce s. Druga powłoka elektronowa ma trzy elektrony. Pierwsze dwa znajdują się na podpowłoce s, z jednym elektronem na podpowłoce p. Powszechną notacją podpowłoki dla boru jest 1s2 2s2 2p1. Ten zapis wskazuje, która powłoka elektronowa jest pierwszą liczbą, podpowłoka literą i ile elektronów znajduje się na podpowłoce z liczbą.

Chociaż często obserwuje się, że modele elektronów używają okrągłych kształtów do wyświetlania elektronów i powłok elektronowych, kształt orbity jest w rzeczywistości bardzo różny. Podpowłoka s ma kształt kuli. Każdy orbital p ma kształt hantli. Kształt hantle orbitalu p może pomieścić tylko dwa elektrony. Ponieważ orbital p może zawierać łącznie sześć elektronów, aby orbital p był pełny, muszą być w środku zazębione trzy kształty hantli.

Elektrony obecne w powłokach elektronowych i podpowłokach nie owijają się wokół powłok po określonej orbicie. Elektrony poruszają się w chmurze. Na przykład podpoziom s ma maksymalnie dwa elektrony w kulistym kształcie. Dwa elektrony nie obracają się wokół krawędzi kuli; mogą być obecne w dowolnym miejscu wewnątrz kulistego kształtu w dowolnym momencie. W rzeczywistości, zgodnie z fizyką kwantową, elektrony mogą wychodzić poza sferę. Kulisty kształt podpowłoki s jest tylko najbardziej prawdopodobnym miejscem do zlokalizowania elektronów w określonym czasie. Tworzy to chmurę prawdopodobieństwa, na której w dowolnym momencie może znajdować się elektron. Dotyczy to wszystkich powłok i podpowłok elektronowych.