קליפת אלקטרונים
קליפת אלקטרונים היא אוסף של אורביטלים אטומיים עם אותו ערך של מספר קוונטי יסודי n. קליפות אלקטרונים עשויות מתת-קליפה אחת או יותר, שמכונות גם תת-רמות, שבהן יש שניים או יותר אורביטלים בעלי מספר תנע זוויתי קוונטי I זהה. קליפות אלקטרונים יוצרות את הקונפיגורציה האלקטרונית (האופן שבו האלקטרונים מסודרים סביב גרעין האטום) של האטום. מספר האלקטרונים בכל קליפה יכול להגיע עד ל-2n2.
לכל קליפת אלקטרונים באטום מספר אלקטרונים מרבי הניתן לאכלוס בה. כאשר הקליפה מתמלאת הקליפה שמעליה מאוכלסת. על פי מכניקת הקוונטים לכל קליפה ישנה רמת אנרגיה שונה והאלקטרונים תמיד יאכלסו קודם לכן את הקליפה בעלת רמת האנרגיה הנמוכה יותר. רמת האנרגיה הגבוהה ביותר המכילה אלקטרונים מייצגת את קליפת הערכיות.
היסטוריה
קיומן של קליפות האלקטרונים נצפה בפעם הראשונה בניסוי של צ'ארלס בארקלה והנרי מוזלי במסגרת מחקר של בליעת קרני רנטגן. בארקלה סימן את הקליפות הללו באותיות K, L, M וכן הלאה (המקור של המינוח הזה הוא אלפביתי. הקליפות K ו-L סומנו במקור באותיות B ו-A, אבל סימון זה שונה על מנת להשאיר מקום לקווים ספקטרליים היפותטיים שאולי יתגלו, אולם זה מעולם לא קרה). מאוחר יותר התגלה שהקווים הללו מתאימים לערכים 1, 2, 3 של המספר n. עושים בהם שימוש בסימון סיגבאן בספקטרוסקופיה.
מקורו של השם "קליפת אלקטרונים" הוא ממודל האטום של בוהר, שלפיו קבוצות של אלקטרונים מקיפות את הגרעין במרחקים מסוימים, כך שהמסלולים שלהם יוצרים "קליפות".
קליפת הערכיות
קליפת ערכיות היא הקליפה החיצונית של האלקטרונים המקיפים את גרעין האטום. אלקטרוני קליפת הערכיות הם אלו המשתתפים בתגובות כימיות ובקשרים כימיים, ולכן הם בעלי חשיבות רבה בקביעת תכונותיו הכימיות של האטום. בטבלה המחזורית מסודרים כל האטומים בעלי מבנה דומה של אלקטרונים בקליפת הערכיות בטור משותף. מבנה זה מייצג את התכונות הכימיות הדומות אשר חולקים אטומים בעלי מבנה דומה של קליפת הערכיות. כך למשל, לכל האטומים בעלי אלקטרון אחד בקליפת הערכיות ישנן תכונות כימיות של מתכת אלקלית, והם מופיעים בטור הראשון של הטבלה המחזורית. הכימאי הפיזיקלי גילברט ניוטון לואיס היה האחראי הראשי לפיתוח הראשוני של התאוריה שטענה שאלקטרוני הערכיות משתתפים בקשרים כימיים. זמן מה לאחר מכן, הכליל והרחיב לינוס פאולינג את התאוריה תוך הפעלת יישומים של מכניקת הקוונטים.
בגזים אצילים נוטה האטום למצב שבו יש לו 8 אלקטרונים בקליפה החיצונית (מלבד הליום שהקליפה החיצונית שלו יכולה להכיל רק 2 אלקטרונים). מצב זה מהווה דוגמה לכלל האוקטט שמיושם בעיקר ביסודות מהשורה השנייה והשלישית בטבלה המחזורית. במונחים של אורביטלים אטומיים, האלקטרונים בקליפת הערכיות מתפלגים בצורה הבאה: 2 באורביטל s היחיד שבקליפה ועוד 2 בכל אחד מ 3 אורביטלי p (בסך הכול 8 אלקטרונים).
עבור קומפלקסים קואורדינטיביים הכוללים מתכות מעבר, קליפת הערכיות מכילה אלקטרונים באורביטל s ובאורביטלי p, וכן עד 10 אלקטרונים נוספים, המפוזרים בזוגות בין 5 אורביטלי d, ובסך הכול יש 18 אלקטרונים בקליפת ערכיות מלאה בתרכובת כזו. למצב זה מתייחסים בשם "כלל 18 האלקטרונים".
המספרים האפשריים של אלקטרונים ב-7 הקליפות הראשונות הם:
| רמת אנרגיה | מספר האלקטרונים המרבי |
|---|---|
| 1 | 2 |
| 2 | 8 |
| 3 | 8 |
| 4 | 12 |
| 5 | 24 |
| 6 | 12 |
| 7 | 32 |
תת-קליפות
תת קליפות אלקטרוניות מזוהות באותיות s, p, d, f, g, h, i וכן הלאה, המתאימות למספר התנע הזוויתי הקוונטי 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 וכן הלאה. כל תת-קליפה כזאת יכולה להכיל עד 26, 22, 18, 14, 10, 6, 2 אלקטרונים בהתאמה, או 2(2l +1) אלקטרונים בכל תת-קליפה. הסימונים s, p, d ו-f היו במקור במערכת סימון של קווים ספקטרליים שכיום לא נמצאת בשימוש. כאשר תיארו את ארבעת הסוגים הראשונים של קווים ספקטרליים, הם קושרו עם סוגי הקווים הספקטרליים של שיטת הסימון הישנה, כיוון שלא היו בנמצא שמות אחרים. הכינויים g, h, וכן הלאה, נגזרו לפי סדר האלפבית.
קישורים חיצוניים
- סרטון הסבר בעברית על קונפיגורציה אלקטרונית- באתר יו-טיוב.
