Vad är elektronskal?
Elektronskal är de energinivåer där en atoms elektroner finns, ordnade i lager runt atomkärnan. Det första skalet rymmer upp till 2 elektroner och det andra upp till 8, och för de första 20 grundämnena stannar även det tredje skalet vid 8, vilket ger mönstret 2-8-8. Bohrs atommodell ritar skalen som cirklar runt atomkärnan, en praktisk men förenklad bild.
Skal: lager av elektroner
Elektronerna runt en atomkärna finns i skal, som också kallas energinivåer, och som fungerar ungefär som våningarna i en byggnad. Det första skalet ligger närmast atomkärnan och har lägst energi, och varje skal därefter ligger längre ut och har högre energi.
Skalen numreras 1, 2, 3 och så vidare, utåt från atomkärnan, och de har också bokstavsnamn: K, L, M och N för de fyra första. Ett grundämnes periodnummer talar om hur många skal dess atomer använder, så natrium, som står i period 3, har elektroner i tre skal.
Hur många elektroner som ryms i varje skal
Varje skal kan rymma ett maximalt antal elektroner, givet av formeln 2n², där n är skalnumret. Det första skalet rymmer 2 × 1² = 2, det andra rymmer 2 × 2² = 8, det tredje rymmer 2 × 3² = 18 och det fjärde rymmer 2 × 4² = 32.
Elektronerna fyller först det skal som har lägst energi, och när ett skal är fullt börjar nästa elektron ett nytt skal längre ut. Heliums 2 elektroner fyller det första skalet, så litiums tredje elektron måste hamna i det andra skalet, vilket ger fördelningen 2, 1.
Mönstret 2-8-8 för de första 20 grundämnena
För de första 20 grundämnena ger en enkel regel elektronfördelningen: placera 2 elektroner i det första skalet, upp till 8 i det andra, upp till 8 i det tredje, och eventuella överblivna i det fjärde. Kol (6 elektroner) är 2, 4. Natrium (11) är 2, 8, 1. Klor (17) är 2, 8, 7. Argon (18) är 2, 8, 8.
Det tredje skalet skulle kunna rymma 18 elektroner, men kalium (19) är 2, 8, 8, 1 och kalcium (20) är 2, 8, 8, 2, eftersom den första delen av det fjärde skalet har något lägre energi än resten av det tredje skalet. Från skandium (21) och framåt fyller elektronerna åter det tredje skalet, så regeln 2-8-8 gäller bara upp till kalcium.
Att rita ett Bohr-diagram
Ett Bohr-diagram är en snabb skiss av en atoms skal. Rita en liten cirkel för atomkärnan med grundämnets symbol inuti, sedan en ring för varje skal, och placera elektronerna på ringarna som prickar.
Räkneexempel: natrium. Dess atomnummer är 11, så en neutral natriumatom har 11 elektroner. Placera 2 på den första ringen, vilket lämnar 9. Placera 8 på den andra ringen, vilket lämnar 1, och den sista elektronen sitter ensam på den tredje ringen. Diagrammet visar 2, 8, 1.
Varför det yttre skalet är viktigt
Elektronerna i det yttersta skalet, valenselektronerna, avgör hur en atom reagerar. Atomer med fullt yttre skal, som neon (2, 8) och argon (2, 8, 8), reagerar knappt alls. Litium (2, 1), natrium (2, 8, 1) och kalium (2, 8, 8, 1) har var och en en enda yttre elektron som de lätt avger, så alla tre är reaktiva metaller.
Bohrs modell och dess begränsningar
Den danske fysikern Niels Bohr föreslog den här modellen 1913. Han menade att elektroner rör sig i fasta banor med fasta energier och sänder ut ljus när de faller från en högre bana till en lägre. Det förklarade de exakta färgerna hos ljuset från glödande vätgas, en stor framgång på den tiden.
Modellen har dock begränsningar. Den förutsäger bara ljuset från väte och andra atomer med en elektron korrekt, och elektroner kretsar inte egentligen runt atomkärnan som planeter runt solen. I den moderna kvantmodellen upptar varje elektron en orbital, ett område där den sannolikt finns, och varje skal delas upp i delskal som kallas s, p, d och f. Modellen är fortfarande ett praktiskt verktyg för att räkna elektroner, så länge du minns att den är förenklad.
Viktigaste punkterna
- Elektroner är ordnade i skal, eller energinivåer, numrerade 1, 2, 3 och 4 eller betecknade K, L, M och N.
- Ett skal kan rymma upp till 2n² elektroner: 2 i det första, 8 i det andra, 18 i det tredje och 32 i det fjärde.
- För de första 20 grundämnena fylls skalen enligt mönstret 2-8-8, så kalcium är 2, 8, 8, 2.
- Det yttre skalet innehåller valenselektronerna, som styr hur en atom reagerar.
- Bohrs modell är användbar för att räkna elektroner, men riktiga elektroner upptar orbitaler, inte snygga cirkelbanor.
Testa dig själv
Tre snabba frågor om den här lektionen.
1. Vilket är det största antal elektroner som det första skalet (K-skalet) kan rymma?
Visa svaret
2 — Med 2n² och n = 1 får man 2 × 1² = 2 elektroner.2. Vilken är elektronfördelningen hos klor, som har 17 elektroner?
Visa svaret
2, 8, 7 — Fyll 2 elektroner i det första skalet och 8 i det andra, vilket lämnar 7 till det tredje skalet.3. Vilket påstående beskriver en begränsning hos Bohrs modell?