Elektronikuori: atomin elektronien järjestys — määritelmä ja Bohrin malli

Elektronikuori: ytimekäs selitys atomin elektronien järjestyksestä, elektronikonfiguraatiosta ja Bohrin mallista — periaatteet, laskelmat ja kemian merkitys.

Tekijä: Leandro Alegsa

09-10-2025 23:17

Elektronikuori on atomin ulkoinen osa atomiytimen ympärillä. Se on paikka, jossa elektronit ovat todennäköisimmin löydettävissä, ja sen voi ymmärtää kokoelmana atomiorbitaaleja, joilla on sama pääkvanttiluvun n arvo. Pääkvanttiluku n on positiivinen kokonaisluku (n = 1, 2, 3 …) ja se määrää kuoressa olevan energian ja tyypillisen etäisyyden ydintä kohti.

Kuorten ja alikuorten rakenne

Jokaisella elektronikuorella voi olla yksi tai useampia elektronin alikuoria eli alitasoja. Alitasot erotellaan kulmamomentin kvanttiluvun l perusteella (l = 0, 1, 2, 3…), ja niille annetaan yleisesti nimet s, p, d, f vastaavasti. Kullakin alitasolla on tietty määrä orbitaaleja, joilla on sama l, ja jokaisella orbitaalilla on tilaa korkeintaan kahdelle elektronille erilaisten spin-arvojen vuoksi.

Yhden kuoressa olevien elektronien maksimilukumäärä on yhtä suuri kuin 2 n 2 {\displaystyle 2n^{2}} $2n^{2}$ . Tämä tarkoittaa, että esimerkiksi n = 1 -kuoressa voi olla enintään 2 elektronia, n = 2 -kuoressa 8 elektronia, n = 3 -kuoressa 18 ja n = 4 -kuoressa 32.

Alikuorien nimitykset ja vastaavat l-arvot: s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3).
Orbitaaleja kussakin kuoressa on yhteensä n2 kpl, ja jokaisella orbitaalilla voi olla kaksi elektronia.
Alikuoren elektronien maksimimäärä voidaan laskea kaavalla 2(2l+1) (esim. p-alikuorella l = 1 → 2·(2·1+1)=6 elektronia).

Täyttymisjärjestys ja kemiallinen merkitys

Kun elektronit sijoittuvat atomiin, ne täyttävät ensin alhaisimman energian omaavat orbitaalit (Aufbau-periaate). Käytännössä täyttymisjärjestys noudattaa likimääräisesti sarjaa 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p …, mutta poikkeuksiakin on (esim. kromi ja kupari atomien elektronikonfiguraatioissa esiintyy pieniä poikkeuksia stabiilien puolitäytettyjen ja täyttyneiden d-alikourien takia).

Ulkokuoren eli uloimman pääkvanttiluvun elektroneilla (valenssielektronit) on suuri merkitys alkuaineen kemiallisissa ominaisuuksissa ja sidoksentekokäyttäytymisessä. Atomit pyrkivät usein saavuttamaan vakaamman elektronirakenteen, esimerkiksi jalokaasujen vastaavan täyttymyksen, jolloin syntyy ioneja tai kovalenttisia sidoksia.

Bohrin malli ja kvanttimekaaninen tarkennus

Elektronikuorien nimi juontuu Bohrin mallista, jossa elektroniryhmien uskottiin kiertävän ydintä tietyin etäisyyksin siten, että niiden radat muodostivat "kuoria". Tanskalainen tiedemies Niels Henrik David Bohr esitti ajatuksen, ja se selitti osan atomien spektriviivoista.

Kuitenkin nykyaikainen atomimalli perustuu kvanttimekaniikkaan: elektronit eivät kierrä pitkin määrättyjä klassisia ratoja, vaan ne kuvataan aaltofunktioilla (orbitaaleilla), jotka antavat todennäköisyysjakauman siitä, missä elektronin löytäminen on todennäköisintä. Bohrin malli on siksi yksinkertaistus, joka toimii hyvin yksielektronisissa järjestelmissä (kuten vety), mutta se ei anna täsmällistä kuvaa monielektronisista atomeista.

Lisätietoa kvanttiluvuista ja periaatteista

Atomitilannetta kuvaavat pääkvanttiluvun n ja kulmamomentin kvanttiluvun l lisäksi magneettinen kvanttiluku m_l (orbitaalin suuntausavaruudessa) ja spin-kvanttiluku m_s (elektronin spinin suunta). Elektronit noudattavat Pauli-kieltosääntöä (kaksi elektronia ei voi jakaa samoja neljää kvanttilukua), ja Hundin sääntö määrää, miten elektronit jakautuvat samantasoisille orbitaaleille maksimoiden samansuuntaisen spinin ennen parittumista.

Yhteenvetona: elektronikuori on kvanttiluvun n mukainen elektronien energiatila-attribuutti, joka koostuu alikuorista ja orbitaaleista. Kuorien rakenne ja elektronien jakautuminen määräävät atomien kemialliset ominaisuudet, ja käsitettä on kehitetty Bohrin yksinkertaisesta mallista nykyiseen kvanttimekaaniseen kuvaukseen.

Esimerkki natriumin elektronikuorimallista, jossa on kolme kuorta.

Valenssikuori

Valenssikuori on atomin uloin kuori sen yhdistämättömässä tilassa, ja se sisältää elektronit, jotka todennäköisimmin selittävät atomin reaktioiden luonteen ja sen ja muiden atomien väliset sidosvuorovaikutukset. On huomattava, että ionin uloin kuori ei yleisesti ottaen ole valenssikuori. Valenssikuoressa olevia elektroneja kutsutaan valenssielektroneiksi.

Jalokaasussa atomilla on yleensä 8 elektronia ulkokuorensa sisällä (paitsi heliumilla, joka pystyy täyttämään kuorensa vain kahdella elektronilla). Tämä toimii mallina oktettisäännölle, jota sovelletaan lähinnä toisen ja kolmannen jakson pääryhmän alkuaineisiin. Atomiorbitaalien osalta valenssikuoren elektronit jakautuvat 2 yhteen s-orbitaaliin ja 2 kumpaankin kolmeen p-orbitaaliin.

Siirtymämetalleja sisältävien koordinaatiokompleksien valenssikuori koostuu näiden s- ja p-orbitaalien elektroneista sekä enintään 10 lisäelektronista, joista kaksi jakautuu kuhunkin viidestä d-orbitaalista, jolloin tällaisen yhdisteen täydellisessä valenssikuoressa on yhteensä 18 elektronia. Tätä kutsutaan kahdeksantoista elektronin säännöksi.

Mahdollinen elektronien lukumäärä kuorissa 1-5
Shell	Elektronit
1	2
2	8
3	18
4	32
5	32
6	18
7	8

Alakuoret

Elektronien alikuoret merkitään kirjaimilla s, p, d, f, g, h, i jne., jotka vastaavat atsimutaalisia kvanttilukuja (l-arvoja) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 jne. Kullekin kuorelle mahtuu 2, 6, 10, 14 ja 18 elektronia eli 2(2l + 1) elektronia kussakin alikuoressa. Merkinnät "s", "p", "d" ja "f" ovat peräisin nykyään hylätystä järjestelmästä, jossa spektriviivat luokiteltiin "teräviksi", "pääpiirteiksi", "hajanaisiksi" tai "perusviivoiksi" niiden havaitun hienorakenteen perusteella. Kun neljä ensimmäistä orbitaalityyppiä kuvattiin, ne yhdistettiin näihin spektriviivatyyppeihin, mutta muita nimiä ei ollut. Nimitykset "g", "h" ja niin edelleen johdettiin noudattamalla aakkosjärjestystä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on elektronikuori?

V: Elektronikuori eli pääasiallinen energiataso on atomin osa, jossa elektronit kiertävät atomin ydintä.

K: Kuinka monta elektronia voi olla tietyssä kuoressa?

V: Tietyllä kuorella voi olla yhtä monta elektronia kuin 2n2.

K: Mitä Bohrin mallissa sanotaan elektroneista?

V: Bohrin mallin mukaan elektronit kiertävät ydintä tietyin etäisyyksin siten, että niiden radat muodostavat "kuoret".

K: Kuka esitti tämän termin?

V: Tämän termin esitti Niels Henrik David Bohr.

K: Mistä koostuu atomin elektronikonfiguraatio?

V: Atomin elektronikonfiguraation muodostavat elektronikuoret.

K: Koostuvatko kaikki atomit yhdestä tai useammasta elektronikuoresta?

V: Kyllä, kaikissa atomeissa on yksi tai useampi elektronikuori.

K: Onko kaikilla elektronikuorilla vaihteleva määrä elektroneja?

V: Kyllä, kaikilla elektronikuorilla on vaihteleva määrä elektroneja.

Etsiä