Elektron kabukları nedir?

Kabuklar: elektron katmanları

Bir çekirdeğin çevresindeki elektronlar, enerji düzeyleri de denen ve bir binanın katları gibi çalışan kabuklarda bulunur. Birinci kabuk çekirdeğe en yakın ve enerjisi en düşük olandır; ardından gelen her kabuk daha uzakta ve daha yüksek enerjilidir.

Kabuklar çekirdekten dışa doğru 1, 2, 3 diye numaralandırılır ve ayrıca harf adları da vardır: ilk dördü için K, L, M ve N. Bir elementin periyot numarası, atomlarının kaç kabuk kullandığını söyler; 3. periyottaki sodyumun elektronları üç kabuktadır.

Her kabuğa kaç elektron sığar?

Her kabuk, n kabuk numarası olmak üzere 2n² formülüyle verilen en fazla sayıda elektron alabilir. Birinci kabuk 2 × 1² = 2, ikinci 2 × 2² = 8, üçüncü 2 × 3² = 18, dördüncü 2 × 4² = 32 elektron alır.

Elektronlar önce en düşük enerjili kabuğu doldurur ve bir kabuk dolunca sonraki elektron daha dışta yeni bir kabuk başlatır. Helyumun 2 elektronu birinci kabuğu doldurur, bu yüzden lityumun üçüncü elektronu ikinci kabuğa girmek zorundadır; dizilim 2, 1 olur.

İlk 20 element için 2-8-8 örüntüsü

İlk 20 element için tek bir basit kural elektron dizilimini verir: birinci kabuğa 2, ikinciye en fazla 8, üçüncüye en fazla 8 elektron koy, artanı dördüncüye yerleştir. Karbon (6 elektron) 2, 4'tür. Sodyum (11) 2, 8, 1'dir. Klor (17) 2, 8, 7'dir. Argon (18) 2, 8, 8'dir.

Üçüncü kabuk 18 elektron alabilir; yine de potasyum (19) 2, 8, 8, 1 ve kalsiyum (20) 2, 8, 8, 2'dir, çünkü dördüncü kabuğun ilk kısmı üçüncü kabuğun geri kalanından biraz daha düşük enerjilidir. Skandiyumdan (21) itibaren elektronlar yeniden üçüncü kabuğu doldurmaya döner; yani 2-8-8 kuralı yalnızca kalsiyuma kadar işler.

Bohr diyagramı çizme

Bohr diyagramı, bir atomun kabuklarının hızlı bir taslağıdır. Çekirdek için içinde elementin sembolü olan küçük bir daire çiz, sonra her kabuk için bir halka çiz ve elektronları halkaların üzerine nokta olarak yerleştir.

Çözümlü örnek: sodyum. Atom numarası 11'dir, yani nötr bir sodyum atomunun 11 elektronu vardır. Birinci halkaya 2 koy, geriye 9 kalır. İkinci halkaya 8 koy, geriye 1 kalır ve bu son elektron üçüncü halkada tek başına durur. Diyagram 2, 8, 1'i gösterir.

Dış kabuk neden önemlidir?

En dıştaki kabuktaki elektronlar, yani değerlik elektronları, bir atomun nasıl tepkimeye gireceğini belirler. Neon (2, 8) ve argon (2, 8, 8) gibi dış kabuğu dolu atomlar hemen hiç tepkime vermez. Lityum (2, 1), sodyum (2, 8, 1) ve potasyumun (2, 8, 8, 1) her birinin kolayca verdiği tek bir dış elektronu vardır; bu yüzden üçü de reaktif metallerdir.

Bohr modeli ve sınırları

Danimarkalı fizikçi Niels Bohr bu modeli 1913'te önerdi. Elektronların sabit enerjili sabit yörüngelerde dolandığını ve daha yüksek bir yörüngeden daha alçak bir yörüngeye düştüklerinde ışık yaydığını öne sürdü. Bu, parlayan hidrojen gazından gelen ışığın kesin renklerini açıkladı; o dönem için büyük bir başarıydı.

Ancak modelin sınırları var. Işığı yalnızca hidrojen ve diğer tek elektronlu atomlar için doğru tahmin eder ve elektronlar gerçekte gezegenlerin Güneş'in çevresinde döndüğü gibi çekirdeğin çevresinde dönmez. Modern kuantum modelinde her elektron, bulunma olasılığının yüksek olduğu bir bölge olan bir orbitali kaplar ve her kabuk s, p, d ve f denen alt kabuklara bölünür. Basitleştirilmiş olduğunu unutmadığın sürece elektron saymak için hâlâ kullanışlı bir araçtır.