Vad är inre skalelektroner?

Elektronerna i en atoms yttersta skal, dess valenselektroner, är viktigast för att bestämma dess kemi. Ändå, om du skriver elektronkonfigurationer måste du också ta hänsyn till inre skalelektroner. Inre skalelektroner är alla elektroner som inte finns i det yttersta skalet. De skyddar valenselektronerna från kärnan, vilket minskar den effektiva kärnladdningen.

Elektroner kan mest exakt beskrivas som stående vågor. Precis som stående vågor på en sträng bara kan ha frekvenser som är multiplar av grundfrekvensen, eller övertoner, kan elektronens "våg" bara ha vissa energier. Inom klassisk fysik kan du beskriva ett objekt genom att beskriva dess läge och dess hastighet, men i kvantmekanik kan du aldrig veta exakt var elektronen kommer att vara; du kan bara veta var det troligtvis kommer att hittas. Följaktligen beskrivs elektroner istället med fyra kvantnummer.

Det finns fyra kvantnummer. Det första, det huvudsakliga kvantantalet (n), anger banans storlek. Vinkelkvantantalet (l) anger banans form, medan det magnetiska kvantantalet (m) anger hur det är orienterat i rymden. Slutligen kallas det fjärde kvantantalet snurr och kan ha antingen ett +1/2 värde eller ett -1/2 värde. Du behöver de tre första kvantnummer för att beskriva en given omlopp, men du behöver alla fyra för att beskriva en elektron, eftersom upp till två elektroner kan ockupera en given omlopp.

Alla orbitaler som delar samma huvudkvantnummer sägs tillhöra samma skal, oavsett deras värden för de andra tre kvantnummer. Eftersom maximalt två elektroner kan ockupera en viss omloppsbana, och varje skal endast har ett visst antal orbitaler, har varje skal ett maximalt antal elektroner som det rymmer. Det yttersta ockuperade skalet i en atom är dess valensskal. Elektroner som finns i skal med mindre huvudkvanttal kallas inre skalelektroner.

Alla elektroner har en negativ laddning och stöter därför av varandra. Inre skalelektroner stöter bort valenselektroner och skyddar dem därmed till viss del från den attraktion de upplever mot den positivt laddade kärnan. Det drag som en valenselektron upplever kallas ibland den effektiva kärnladdningen, till skillnad från den faktiska kärnkraftsladdningen. Det är därför som element längst till vänster i det periodiska systemet i allmänhet är mer benägna att ge bort elektroner, medan element längst till höger i allmänhet är mer benägna att ta dem.