Lớp vỏ electron là gì?

Lớp vỏ: các tầng electron

Các electron quanh hạt nhân nằm trong các lớp vỏ, còn gọi là mức năng lượng, hoạt động hơi giống các tầng của một tòa nhà. Lớp thứ nhất gần hạt nhân nhất và có năng lượng thấp nhất, và mỗi lớp sau đó ở xa hơn và có năng lượng cao hơn.

Các lớp vỏ được đánh số 1, 2, 3 và cứ thế ra phía ngoài từ hạt nhân, và chúng cũng có tên bằng chữ cái: K, L, M và N cho bốn lớp đầu. Số thứ tự chu kì của một nguyên tố cho biết nguyên tử của nó dùng bao nhiêu lớp vỏ, nên natri, ở chu kì 3, có electron trong ba lớp.

Mỗi lớp chứa được bao nhiêu electron

Mỗi lớp có thể chứa một số electron tối đa, cho bởi công thức 2n², trong đó n là số thứ tự lớp. Lớp thứ nhất chứa 2 × 1² = 2, lớp thứ hai chứa 2 × 2² = 8, lớp thứ ba chứa 2 × 3² = 18 và lớp thứ tư chứa 2 × 4² = 32.

Electron lấp đầy lớp có năng lượng thấp nhất trước, và khi một lớp đã đầy, electron tiếp theo bắt đầu một lớp mới ở xa hơn. 2 electron của heli lấp đầy lớp thứ nhất, nên electron thứ ba của liti phải vào lớp thứ hai, tạo ra sự sắp xếp 2, 1.

Quy luật 2-8-8 cho 20 nguyên tố đầu tiên

Với 20 nguyên tố đầu tiên, một quy tắc đơn giản cho biết cách sắp xếp electron: đặt 2 electron vào lớp thứ nhất, tối đa 8 vào lớp thứ hai, tối đa 8 vào lớp thứ ba, và phần còn lại vào lớp thứ tư. Cacbon (6 electron) là 2, 4. Natri (11) là 2, 8, 1. Clo (17) là 2, 8, 7. Agon (18) là 2, 8, 8.

Lớp thứ ba có thể chứa 18 electron, nhưng kali (19) là 2, 8, 8, 1 và canxi (20) là 2, 8, 8, 2, vì phần đầu của lớp thứ tư có năng lượng thấp hơn một chút so với phần còn lại của lớp thứ ba. Từ scanđi (21) trở đi, electron quay lại lấp đầy lớp thứ ba, nên quy tắc 2-8-8 chỉ đúng đến canxi.

Vẽ sơ đồ Bohr

Sơ đồ Bohr là một bản phác nhanh các lớp vỏ của nguyên tử. Vẽ một vòng tròn nhỏ cho hạt nhân với kí hiệu của nguyên tố ở bên trong, rồi vẽ một vòng cho mỗi lớp vỏ, và đặt các electron lên các vòng dưới dạng các chấm.

Ví dụ có lời giải: natri. Số hiệu nguyên tử của nó là 11, nên nguyên tử natri trung hòa có 11 electron. Đặt 2 lên vòng thứ nhất, còn lại 9. Đặt 8 lên vòng thứ hai, còn lại 1, và electron cuối cùng đó đứng một mình trên vòng thứ ba. Sơ đồ cho thấy 2, 8, 1.

Vì sao lớp ngoài cùng quan trọng

Các electron ở lớp ngoài cùng, tức electron hóa trị, quyết định cách nguyên tử phản ứng. Các nguyên tử có lớp ngoài cùng đầy, như neon (2, 8) và agon (2, 8, 8), hầu như không phản ứng. Liti (2, 1), natri (2, 8, 1) và kali (2, 8, 8, 1) đều có một electron lớp ngoài dễ mất đi, nên cả ba đều là kim loại hoạt động.

Mô hình Bohr và những hạn chế của nó

Nhà vật lí người Đan Mạch Niels Bohr đã đề xuất mô hình này năm 1913. Ông cho rằng electron chuyển động trên các quỹ đạo cố định có năng lượng cố định và phát ra ánh sáng khi rơi từ quỹ đạo cao xuống quỹ đạo thấp. Điều này giải thích các màu sắc chính xác của ánh sáng từ khí hiđro phát sáng, một thành công lớn vào thời đó.

Tuy nhiên, mô hình có những hạn chế. Nó chỉ dự đoán đúng ánh sáng từ hiđro và các nguyên tử một electron khác, và electron thật sự không quay quanh hạt nhân như các hành tinh quanh Mặt Trời. Trong mô hình lượng tử hiện đại, mỗi electron chiếm một obitan, một vùng mà nó có khả năng xuất hiện cao, và mỗi lớp vỏ được chia thành các phân lớp gọi là s, p, d và f. Nó vẫn là công cụ tiện lợi để đếm electron, miễn là bạn nhớ rằng nó đã được đơn giản hóa.