Cercherò di mantenerlo semplice. I dettagli effettivi del motivo per cui questo ha a che fare con la fisica quantistica.
Ogni shell ha diversi " subshell ". Ciascuna " subshell " a sua volta contiene un certo numero di " orbitali ". Ogni orbitale può contenere due elettroni. Regole pratiche (di nuovo, non sto spiegando il motivo perché “probabilmente è dalla tua comprensione)
-
La shell $ \ mathrm {n ^ {th}} $ ha n subshell, etichettate da $ 0 $ a $ \ mathrm n-1 $ . Ad esempio, $ 2 $ nd shell ha due subshell, $ 0 $ e $ 1 $ . Per riferimento, spesso chiamiamo queste subshell con lettere, $ 0 $ è $ \ mathrm s $ , $ 1 $ è p, $ 2 $ è d e $ 3 $ è f. La tavola periodica può essere suddivisa in quattro blocchi a seconda di in quale di queste subshell si trova lelettrone più debolmente legato (valenza) dellatomo (blocco s, blocco p, ecc.)
-
La sottoshell $ \ mathrm {k ^ {th}} $ può contenere $ 2 \ mathrm k + 1 $ " orbitali ". Un orbitale può contenere fino a due elettroni. Quindi, la $ 0 $ th (s) subshell può contenere $ 1 $ orbitale, e quindi due elettroni. La $ 1 $ st subshell (p) può contenere $ 3 $ orbitali o $ 6 $ elettroni. Questo è il motivo per cui abbiamo la regola $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ . Ci sono tanti orbitali nella shell $ \ mathrm n $ quanti sono i primi numeri mathrm n dispari: $ \ mathrm n ^ 2 $ e due elettroni in ciascuno ( $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ ).
-
Unidea importante in chimica fisica è il principio Aufbau. Gli orbitali sono riempiti secondo lordine crescente delle loro energie (orbitali). Quali sono le energie degli orbitali? È abbastanza semplice per le prime subshell:
$ 1 \ mathrm s, 2 \ mathrm s, 2 \ mathrm p , 3 \ mathrm s, 3 \ mathrm p $ (ordine)
In un atomo di idrogeno, questi orbitali sono semplici: tutte le subshell nella stessa shell hanno energie identiche ( $ 1 \ mathrm s, 2 \ mathrm s = 2 \ mathrm p, 3 \ mathrm s = 3 \ mathrm p = 3 \ mathrm d, $ ecc.). In altri atomi, però, tutto si ingarbuglia. Ecco lordine, qualcosa che dovrai memorizzare:
$ 1 \ mathrm s, 2 \ mathrm s, 2 \ mathrm p, 3 \ mathrm s, 3 \ mathrm p, 4 \ mathrm s, 3 \ mathrm d, 4 \ mathrm p, 5 \ mathrm s, 4 \ mathrm d, 5 \ mathrm p, 6 \ mathrm s, 4 \ mathrm f, 5 \ mathrm d, 6 \ mathrm p, 7 \ mathrm s, […] $ (questo andrà bene per la maggior parte degli elementi, ma ci sono alcune eccezioni, che dovrai anche memorizzare)
Quindi gli elettroni non riempiono effettivamente lintero $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ in un guscio prima di andare al ne xt. Ad esempio, in iron, abbiamo la configurazione $ 1 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm p ^ 6 3 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm p ^ 6 4 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm d ^ 6 $ .Nota che la shell $ 1 $ ha $ 2 $ elettroni; la shell $ 2 ^ {\ mathrm {nd}} $ , $ 8 (2 \ mathrm s + 2 \ mathrm p $ ); la shell $ 3 ^ {\ mathrm {rd}} $ , $ 14 (3 \ mathrm s + 3 \ mathrm p + 3 \ mathrm d) $ ; la shell $ 4 ^ {\ mathrm {th}} $ , $ 2 $ . Il tuo libro di testo potrebbe chiamare questa configurazione (2, 8, 14, 2) $.
Il cesio ha 55 elettroni, si riempiono così: $ 1 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm p ^ 6 3 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm p ^ 6 4 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm d ^ {10} 4 \ mathrm p ^ 6 5 \ mathrm s ^ 2 4 \ mathrm d ^ {10} 5 \ mathrm p ^ 6 6 \ mathrm s ^ 1 $ .
Perché non sommare il numero di elettroni in ogni shell e vedere se corrisponde a ciò che dice il tuo libro di testo.
PS La regola dellottetto non dice “in realtà il più alto shell dovrebbe avere otto elettroni. Dice che latomo raggiunge la stabilità ottenendo la configurazione elettronica del gas nobile più vicino. I gas nobili hanno la configurazione generale $ \ mathrm s ^ 2 \ mathrm p ^ 6 $ ( $ 8 $ elettroni ?), ma come dimostrato sopra, questi elettroni $ 8 $ potrebbero non essere nel guscio più alto. Ad esempio, nel ferro, due degli elettroni di valenza sono nel quarto guscio e gli altri sei nel terzo guscio.