Електронна обвивка на атома — строеж и електронна конфигурация
Електронна обвивка на атома: строеж, правила и електронна конфигурация — ясно обяснение с примери, формули и диаграми за ученици, студенти и преподаватели.
Електронната обвивка е външната част на атома около атомното ядро. Тя е мястото, където се намират електроните, и представлява група от атомни орбитали с еднаква стойност на главното квантово число n. В практиката обвивките се означават с числа n = 1, 2, 3,... или с букви (K, L, M, N...), като всяка обвивка обхваща няколко по‑малки структурни единици — подобивки (подравнища).
Структура на електронните обвивки
Всяка електронна обвивка (за дадено n) може да съдържа една или повече електронни подобивки, обозначавани чрез квантовото число l. Числото n определя основната енергетична равнина (обвивка), а l — типа на подобивката (s, p, d, f...). Комбинацията от запълнените обвивки и подобивки дава електронната конфигурация на атома и определя много от химичните му свойства.
Максималният брой електрони, които могат да се намират в една обвивка, е равен на 2 n 2 {\displaystyle 2n^{2}} 
. По друг начин: обвивка с n = 1 побира до 2 електрона, n = 2 — до 8, n = 3 — до 18 и т.н.
Подобивки и орбитали
Подобивките се означават с буквите s, p, d, f (които съответстват на стойностите на l = 0, 1, 2, 3). Всяка подобивка съдържа определен брой орбитали — стойностите на магнитното квантово число ml варират от −l до +l, т.е. броят орбитали в подобивка е 2l + 1. Всяка орбитала може да побере максимум 2 електрона (с противоположни спинови квантови числа, ms = +1/2 и −1/2).
- s-подобивка (l = 0): 1 орбитала × 2 електрона = 2 електрона
- p-подобивка (l = 1): 3 орбитали × 2 = 6 електрона
- d-подобивка (l = 2): 5 орбитали × 2 = 10 електрона
- f-подобивка (l = 3): 7 орбитали × 2 = 14 електрона
Правила за запълване на обвивките
Запълването на електронните обвивки следва няколко основни принципа от квантовата механика и електронната структура:
- Принцип на Паули: в една орбитала не могат да съществуват два електрона със съвпадащи четири квантови числа — следователно максимум 2 електрона в орбитала и с противоположни спинове.
- Принцип на минималната енергия (Aufbau): електроните заемат първо орбиталите с по‑ниска енергия. Обичайният ред на запълване е: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s... (вбори от типа 4s преди 3d се дължат на малки енергийни разлики между тези орбитали).
- Правило на Хунд: при запълване на орбитали със еднаква енергия (например трите 2p орбитали) първо се поставя по един електрон във всяка орбитала с паралелен спин, а след това се допълват до спарени двойки.
Тези правила дават стандартния начин за записване на електронните конфигурации — например:
- Водород: 1s1
- Въглерод: 1s2 2s2 2p2
- Аргон: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Исторически бележки и връзка с модела на Бор
Наименованието на електронните обвивки идва от модела на Бор, при който се смята, че групите електрони обикалят около ядрото на определени разстояния, така че орбитите им образуват "обвивки". Този термин е въведен от Нилс Бор като първо приближение; съвременната теория (квантова механика) замени точните пътеки с вероятностни разпределения (орбитали), но терминологията "обвивки" и "орбитали" остана в употреба.
Значение за свойствата на елементите
Електронната конфигурация определя валентността и химичното поведение на елементите: броят и подредбата на външните (валентни) електрони определя как един атом ще взаимодейства с други. Периодичната таблица отразява този ред — елементите в един и същи период имат електрони в една и съща основна обвивка n, а елементите в една и съща група често имат сходни валентни конфигурации.
Съвкупността от горните правила и понятия позволява да се разбере и предскаже електронната структура на атомите, тяхната химическа активност, магнитни свойства и спектрални линии.
Пример за модел на електронна обвивка на натрий, който има три обвивки
Валентна обвивка
Валентната обвивка е най-външната обвивка на атома в некомбинирано състояние, която съдържа електроните, които най-вероятно определят естеството на всички реакции, включващи атома, и на връзките, които той има с други атоми. Трябва да се обърне внимание, че най-външната обвивка на йон не се нарича валентна обвивка. Електроните във валентната обвивка се наричат валентни електрони.
При благородните газове атомът има тенденция да има 8 електрона във външната си обвивка (с изключение на хелия, който може да запълни обвивката си само с 2 електрона). Това служи като модел за осемстепенното правило, което е приложимо най-вече за елементите от основната група от втори и трети период. По отношение на атомните орбитали електроните във валентната обвивка са разпределени по 2 в единствената s орбитала и по 2 в трите p орбитали.
При координационните комплекси, съдържащи преходни метали, валентната обвивка се състои от електроните в тези s и p орбитали, както и от до 10 допълнителни електрона, разпределени по 2 във всяка от 5 d орбитали, което прави общо 18 електрона в пълната валентна обвивка на такова съединение. Това се нарича правило на осемнадесетте електрона.
| Възможен брой електрони в черупки 1-5 | |
| Shell | Електрони |
| 1 | 2 |
| 2 | 8 |
| 3 | 18 |
| 4 | 32 |
| 5 | 32 |
| 6 | 18 |
| 7 | 8 |
Подукти
Електронните подслоеве се обозначават с буквите s, p, d, f, g, h, i и т.н., съответстващи на азимуталните квантови числа (l-стойности) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и т.н. Всяка обвивка може да съдържа съответно до 2, 6, 10, 14 и 18 електрона, или 2(2l + 1) електрона във всяка подобвивка. Обозначенията "s", "p", "d" и "f" произхождат от вече дискредитираната система за категоризиране на спектралните линии като "остри", "главни", "дифузни" или "фундаментални" въз основа на наблюдаваната им фина структура. Когато са били описани първите четири вида орбитали, те са били свързани с тези видове спектрални линии, но не е имало други наименования. Наименованията "g", "h" и т.н. бяха получени, като се следваше азбучният ред.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява електронната обвивка?
О: Електронната обвивка или основното енергийно ниво е частта от атома, в която електроните обикалят около ядрото на атома.
В: Колко електрона може да има в дадена обвивка?
О: Броят на електроните, които могат да се намират в дадена обвивка, е равен на 2n2.
В: Какво твърди моделът на Бор за електроните?
О: Моделът на Бор гласи, че електроните обикалят около ядрото на определени разстояния, така че орбитите им образуват "черупки".
В: Кой е представил този термин?
О: Този термин е представен от Нилс Хенрик Давид Бор.
Въпрос: Какво съставлява електронната конфигурация на атома?
О: Електронните черупки образуват електронната конфигурация на атома.
В: Всички атоми ли се състоят от една или повече електронни обвивки?
О: Да, всички атоми имат една или повече електронни обвивки.
В: Всички електронни обвивки имат ли различен брой електрони?
О: Да, всички електронни обвивки имат различен брой електрони.
обискирам