อิเล็กตรอนมีการกระจายตัวในเปลือกของอะตอมอย่างไร?

อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุลบซึ่งโคจรรอบนิวเคลียสของอะตอมในเปลือกหอย เปลือกแต่ละชั้นถือได้ว่าเป็นระดับพลังงาน และแต่ละระดับพลังงานจะต้องเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน ก่อนที่อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปยังเปลือกพลังงานที่สูงขึ้น ปริมาณอิเล็กตรอนที่กักเก็บอยู่ในเปลือกแต่ละชั้นจะแตกต่างกันไป การโคจรและการจัดเรียงของอิเล็กตรอนไม่เหมือนกับแบบจำลองทรงกลมที่ปกติทั่วไป

เปลือกอิเล็กตรอนแต่ละอันมีปริมาณอิเล็กตรอนต่างกันเพื่อเติมเปลือกให้สมบูรณ์ เปลือกอิเล็กตรอนตัวแรกสามารถเก็บอิเล็กตรอนได้สองตัว ธาตุไฮโดรเจน ซึ่งมีอิเล็กตรอน 1 ตัว และฮีเลียมที่มีอิเล็กตรอน 2 ตัว เป็นธาตุเดียวที่มีเปลือกอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว เปลือกที่สองสามารถเก็บอิเล็กตรอนได้แปดตัว เปลือกที่สามมีอิเล็กตรอน 18 ตัวและเปลือกที่สี่มี 32

เปลือกอิเล็กตรอนยังแบ่งออกเป็นเปลือกย่อย เปลือกย่อยเหล่านี้ถือเป็นระดับพลังงานภายในระดับพลังงานของเปลือกอิเล็กตรอน เชลล์ย่อยเหล่านี้แสดงด้วยตัวอักษร s, p, d, f พวกมันมีอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่ง ตัวอย่างเช่น เปลือกย่อยของ s มีอิเล็กตรอนสองตัว และเปลือกย่อย p มีอิเล็กตรอนหกตัว เปลือกย่อยแต่ละอันสามารถเก็บอิเล็กตรอนได้มากกว่าสี่ชั้นก่อนหน้า

เปลือกย่อยมีอยู่ที่เปลือกอิเล็กตรอนแต่ละอัน ตัวอย่างเช่น ธาตุโบรอนมีห้าอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนสองตัวแรกจะพอดีกับเปลือกแรกบนเปลือกย่อยแรกและตัวเดียว เปลือกอิเล็กตรอนที่สองมีสามอิเล็กตรอน สองตัวแรกตั้งอยู่บนเปลือกย่อย s โดยมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวอยู่บนเปลือกย่อย p สัญกรณ์ sub-shell ทั่วไปสำหรับโบรอนคือ 1s2 2s2 2p1 สัญกรณ์นี้บ่งชี้ว่าเปลือกอิเล็กตรอนตัวใดก่อนด้วยตัวเลข เปลือกย่อยด้วยตัวอักษร และจำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในเปลือกย่อยด้วยตัวเลข

แม้ว่าจะเป็นเรื่องปกติที่จะเห็นแบบจำลองอิเล็กตรอนใช้รูปทรงกลมเพื่อแสดงอิเล็กตรอนและเปลือกอิเล็กตรอน แต่รูปร่างของวงโคจรนั้นแตกต่างกันมาก s sub-shell มีรูปร่างเป็นทรงกลม แต่ละ p orbital อยู่ในรูปของดัมเบลล์ รูปร่างดัมเบลล์ของ p orbital สามารถเก็บอิเล็กตรอนได้เพียงสองตัวเท่านั้น เนื่องจาก p orbital สามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้ทั้งหมด 6 อิเล็กตรอน ดังนั้น p orbital จะเต็มต้องมีดัมเบลสามรูปที่เชื่อมต่อกันที่ศูนย์กลาง

อิเล็กตรอนที่มีอยู่ในเปลือกอิเล็กตรอนและเปลือกย่อยไม่พันรอบเปลือกในวงโคจรที่กำหนดไว้ล่วงหน้า อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปมาในก้อนเมฆ ตัวอย่างเช่น ระดับย่อย s มีอิเล็กตรอนสูงสุดสองตัวในรูปทรงกลม อิเล็กตรอนสองตัวไม่หมุนรอบขอบทรงกลม สามารถปรากฏได้ทุกที่ภายในทรงกลมเมื่อใดก็ได้ ตามหลักฟิสิกส์ควอนตัม อิเล็กตรอนอาจออกไปนอกทรงกลม รูปร่างทรงกลมของเปลือกย่อยเป็นเพียงจุดที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดในการค้นหาอิเล็กตรอน ณ เวลาใดเวลาหนึ่งโดยเฉพาะ สิ่งนี้สร้างกลุ่มเมฆของความน่าจะเป็นที่อิเล็กตรอนอาจตั้งอยู่ได้ตลอดเวลา สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับเปลือกอิเล็กตรอนและเปลือกย่อยทั้งหมด