III.2. Structura învelișului de electroni

Învelișul electronic reprezintă un nor de electroni ce gravitează în jurul nucleului.

Învelișul electronic are o structură stratificată, fiind format din șapte straturi (nivele) concentrice nucleului și numerotate de la nucleu către exterior cu 1, 2, 3, 4 ..7 sau cu litere începând de la litera K (K, L, M, N, O, P și Q).

Într-un atom, electronii tind să ocupe pozițiile cele mai stabile, caracterizate de energia cea mai mică.

Energia straturilor crește de la primul strat din jurul nucleului spre exterior. Aceasta este și ordinea de repartizare a electronilor pe straturi.

Toți electronii sunt identici pentru că au aceeași masă (9,1 ∙ 10^-31 kg), aceleași dimensiuni și aceeași sarcina electrică (q = - 1,6 ∙ 10^-19 C).

Forțele de atracție electrostatică dintre nucleul încărcat pozitiv și electronii încărcați negativ, explică mișcarea acestora în jurul nucleului.

Caracteristicile învelișului electronic:

• volum mare, în comparație cu volumul nucleului.
• masă mică, electronii având masă neglijabilă.
• încărcat cu sarcini negative.

Repartiția pe straturi a celor Z electroni ai unui atom reprezintă structura electronică a atomului.

Electronii se rotesc atât în jurul nucleului, cât și în jurul propriei axe cu viteze foarte mari.

Straturile electronice sunt alcătuite din unul sau mai multe substraturi.

Substratul conține orbitali de același fel: n ∙ a^x,

unde n = nr. strat, a = tipul de orbital, x = nr. de electroni.

Un orbital reprezintă o regiune din spațiu din jurul nucleului unde există probabilitatea cea mai mare de a găsi electroni.

Orbitalii se diferențiază prin formă și energie.

Clasificarea orbitalilor:

1. Orbitali de tip s au formă sferică și cea mai mică energie. Fiecare strat conține un singur orbital de tip s. Substratul s are maxim 2 electroni.

2. Orbitali de tip p au formă bilobară, apar începând cu al II-lea strat, cu energia mai mare decât cei de tip s. Fiecare strat conține trei orbitali p. Orbitalii de același fel formează un substrat cu aceeași energie. Substratul p are maxim 6 electroni.

3. Orbitalii de tip d apar de la stratul 3 și sunt în număr de 5. Substratul d are maxim 10 electroni.

4. Orbitalii de tip f apar de la stratul 4 și sunt în număr de 7. Substratul f are maxim 14 electroni.

Ocuparea straturilor cu electroni respectă anumite reguli:

• electronii ocupă straturile în ordine, începând de la cel mai apropiat de nucleu;

• fiecare strat conține un număr limitat de electroni;

• numărul maxim de electroni de pe un nivel energetic este dat de formula:

Nr. max ē = 2n², unde n = nr.strat

În următorul tabel este dată corelația dintre nr, maxim de electroni dintr-un strat și alcătuirea stratului respectiv cu orbitali (substraturi):

🔦 Observație

Straturile 5,6,7 sunt straturi parțial ocupate cu electroni, deoarece nu toate substraturile acestora sunt ocupate de electroni.

Mișcarea de rotație orientată a electronului în jurul propriei axe se numește mișcare de spin.

Mișcarea de spin se realizează ori în sens orar (acelor de ceas), ori în sens antiorar (invers acelor de ceas).

În conformitate cu principiul lui Pauli, într-un orbital nu pot exista decât maxim doi electroni cu spin opus (electroni cuplați), care se reprezintă convențional prin două săgeți cu sensuri opuse (↑ ↓ ).