3.1 De electronenschillen

De electronen van een atoom, elk met een negatieve lading, behoeven een zeer goede organisatie van de ruimte die ze rondom de kern bezetten.
De positieve kern houdt de electronen bij elkaar, trekt ze aan. Maar er is niet alleen deze aantrekkingskracht, er is ook een afstotende kracht tussen de electronen onderling.
Je zou kunnen zeggen: de electronen moeten elk vechten voor hun plekje.
Je kunt electronen beschouwen als ladingen in beweging, dus: electrische stroom. Bewegende ladingen veroorzaken een electromagnetisch veld en dat beïnvloedt op zijn beurt weer de positie van alle in het atoom aanwezige electronen. Dit alles veroorzaakt de ingewikkelde electronenverdeling.
Hierna volgen enkele vereenvoudigde algemene regels voor de electronenverdeling binnen een atoom, in overeenstemming met de atoomtheorie.

Electronen bezitten een zekere hoeveelheid energie, afhankelijk van - onder andere factoren - de afstand tussen electron en kern.
Hoe verder van de kern, hoe meer energie een electron heeft.
De aanwezige krachten, tezamen met de energie van het electron, veroorzaken energienivo's voor de electronen.

Drie vereenvoudigde basisregels voor de hoofdschillen zijn als volgt: (gelden dus niet voor alle atomen!)
  1. De kern trekt electronen aan; de binnenste schil, het dichts bij de kern, noemen we schil nummer 1; vervolgens heten ze 2, 3, enz. We gebruiken de letter n: hoofdquantumgetal..
  2. Het maximaal aantal electronen in schil n is gelijk aan  2n2 ; dit getal is tevens het voorkeursaantal van schil n
  3. De buitenste hoofdschil heeft maximaal 8 electronen.


Opdracht 6
Die laatste regel kent een paar uitzonderingen bij de elementen met zeer laag atoomnummer. Leg dat uit.

Nu wat precieser, dus geldig voor alle atomen zonder uitzondering:
De hoofschillen worden onderverdeeld in subschillen of subnivo's.
 
Hoofschil 1 bestaat uit slechts 1 subnivo, van het type s met een maximaal aantal electronen van: 2
Hoofdschil 2 heeft 2 onderschillen, subnivo's van het type s e p met een maximaal aantal electronen van: 2 en 6
Hoofschil 3 heeft 3 subnivo's van het type s p d met een maximaal aantal electronen van: 2, 6 en 10
Hoofdschil 4 heeft 4 subnivo's van het type s p d f met een maximaal aantal electronen van: 2, 6 , 10 en 14
De hoofdschillen 5 tot 7 zouden zich - theoretisch - kunnen onderverdelen in 5, 6 en 7 subnivo's.
Maar zulke grote atomen bestaan helemaal niet; daar is de natuur niet aan toe gekomen. Dus:
Hoofdschil 5 verdeelt zich in vier subnivo's van het type s p d f met een maximaal aantal electronen van: 2, 6, 10 en 14
Hoofdschil 6 verdeelt zich in drie subnivo's van het type s p d met een maximaal aantal electronen van: 2, 6 en 10
Hoofschil 7 verdeelt zich in twee subnivo's van het type s en p met een maximaal aantal electronen van: 2 en 6


Bij het vormen van subnivo's moet je je voorstellen dat het opvullen ervan altijd begint zo dicht mogelijk bij de kern (+ en - trekken elkaar aan). Hoe dichter bij de kern, des te minder energie bezit het electron.
De subnivo's beginnen elkaar te overlappen vanaf het subnivo 3d/4s.
En altijd: Na het invullen van de subnivo's met electronen, volgens de regels, blijft er een restje over (behalve bij de edelgassen) dat plaats neemt in het buitenste subnivo. Dat subnivo bepaalt de plaats van dit element in het periodiek systeem. (zie module 01)

Voorbeeld:
Het Natriumatoom heeft de volgende electronenverdeling in de sub-nivo's:
1s2 2s2 2p6 3s1.

Dus, het atoom heeft 3 hoofdschillen en in de buitenste hoofdschil één (valentie)electron.
In dit geval bereikt men hetzelfde resultaat met de eenvoudige 2n2 -regel.



Opdracht 7
Elke hoofdschil heeft tenminste één subnivo. Wat is het type subnivo dat in elke hoofdschil aanwezig moet zijn?

Opdracht 8
  1. Maak een tabel die de volgende gegevens moet bevatten: het aantal valentie-electronen en het totaal aantal hoofdschillen, voor de volgende atoomnummers: 32   54   83   56   22   73   44   68   94, en volgens de eenvoudige 2n2 -regel
  2. Maak net zo'n tabel voor dezelfde atoomnummers, maar nu volgens het volledige schema met subnivo's
  3. Zet de gegevens naast elkaar en vergelijk, onderzoek de eventuele verschillen; probeer conclusies te trekken

NB: Weet dat die gegevens: aantal valentie-electronen en aantal hoofdschillen, het atoom caracteriseren. Ze zijn dus belangrijk.