Como determinar o número de elétrons em uma camada [duplicado]

Vou tentar mantê-lo simples. Os detalhes reais de por que isso acontece têm a ver com a física quântica.

Cada shell tem vários " subshells ". Cada " subshell " por sua vez contém um certo número de " orbitais ". Cada orbital pode conter até dois elétrons. Regras de ouro (novamente, não estou explicando o porquê, porque provavelmente é a maneira fora da sua compreensão)

1. O shell $ \ mathrm {n ^ {th}} $ tem n subshells, rotulados de $ 0 $ a $ \ mathrm n-1 $ . Por exemplo, o $ 2 $ nd shell tem dois subshells, $ 0 $ e $ 1 $ . Para referência, geralmente chamamos essas sub-camadas por letras, $ 0 $ é $ \ mathrm s $ , $ 1 $ é p, $ 2 $ é de $ 3 $ é f. A tabela periódica pode ser dividida em quatro blocos, dependendo de qual dessas subcamadas está o elétron mais fracamente ligado (valência) do átomo. (Bloco s, bloco p, etc)

2. O subshell $ \ mathrm {k ^ {th}} $ pode conter $ 2 \ mathrm k + 1 $ " orbitals ". Um orbital pode conter até dois elétrons. Portanto, a $ 0 $ th (s) subshell pode conter $ 1 $ orbital e, portanto, dois elétrons. O $ 1 $ st subshell (p) pode conter $ 3 $ orbitais ou $ 6 $ elétrons. É por isso que temos a regra $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ . Existem tantos orbitais no shell $ \ mathrm n $ quanto a soma dos primeiros mathrm n números ímpares: $ \ mathrm n ^ 2 $ , e dois elétrons em cada um ( $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ ).

3. Uma ideia importante em físico-química é o princípio de Aufbau. Os orbitais são preenchidos de acordo com a ordem crescente de suas energias (orbitais “). Quais são as energias dos orbitais”? É bastante simples para os primeiros subshells:

$ 1 \ mathrm s, 2 \ mathrm s, 2 \ mathrm p , 3 \ mathrm s, 3 \ mathrm p $ (ordem)

Em um átomo de hidrogênio, esses orbitais são diretos: todas as subcamadas na mesma camada têm energias idênticas ( $ 1 \ mathrm s, 2 \ mathrm s = 2 \ mathrm p, 3 \ mathrm s = 3 \ mathrm p = 3 \ mathrm d, $ etc). Em outros átomos, porém, tudo fica confuso. Aqui está a ordem, algo que você precisa memorizar:

$ 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, […] $ (isso servirá para a maioria dos elementos, mas há algumas exceções, que você também terá que memorizar)

Assim, os elétrons não preenchem todo o $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ em uma camada antes de ir para o novo xt. Por exemplo, no ferro, temos a configuração $ 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 $ .Observe que o $ 1 $ shell tem $ 2 $ elétrons; o shell $ 2 ^ {\ mathrm {nd}} $ , $ 8 (2 \ mathrm s + 2 \ mathrm p $ ); o shell $ 3 ^ {\ mathrm {rd}} $ , $ 14 (3 \ mathrm s + 3 \ mathrm p + 3 \ mathrm d) $ ; o shell $ 4 ^ {\ mathrm {th}} $ , $ 2 $ . Seu livro pode chamar essa configuração (2, 8, 14, 2) $.

O césio tem 55 elétrons, eles se enchem assim: $ 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 $ .

Por que você não soma o número de elétrons em cada camada e veja se corresponder ao que seu livro diz.

PS A regra do octeto não diz realmente o mais alto a casca deve ter oito elétrons. Diz que o átomo atinge a estabilidade ganhando a configuração eletrônica do gás nobre mais próximo. Gases nobres têm a configuração geral $ \ mathrm s ^ 2 \ mathrm p ^ 6 $ ( $ 8 $ elétrons ?), mas como demonstrado acima, esses $ 8 $ elétrons podem não estar na camada mais alta. Por exemplo, no ferro, dois dos elétrons de valência estão na quarta camada e os outros seis na terceira.