Elektronkiht

Elektronkiht on aatomi elektronkatte osa. Normaalselt võib elektronkattes (sõltuvalt aatomi elektronide arvust) olla 1–7 elektronkihti. Elektronkihtide arv näitab mitmenda perioodi elemendiga on tegemist, teisisõnu perioodi järjekorra number näitab kõikide antud perioodi elementide elektronkihtide arvu. Elektronkihi määrab ära aatomi kvantarv n, mida nimetatakse ka peakvantarvuks. Kuna elektriliselt neutraalsel aatomil on alati vähemalt üks elektronkiht, siis peakvantarvu väärtused võivad olla 1, 2, 3 jne. Teoorias võib aatomil olla lõpmatu arv elektronkihte, kuid reaalselt on kõige suuremal avastatud keemilise elemendi aatomil ergastamata seisundis seitse elektronkihti. Keemilised elemendid, millel on kaheksa ja enam elektronkihti, on avastamiseks ja vaatlemiseks liiga lühikese elueaga. Elektronkihti iseloomustavad järgmised kvantarvud: Asimuudi kvantarv (l), mis määrab alamelektronikihi (s, p, d, f), millel elektron asub. Asimuudi kvantarvu väärtusteks on 0, 1, 2 kuni n−1. Magnetiline kvantarv (ml), mis määrab ära elektroni energianihke ja sellega ka tema tegeliku aatomorbitaali. Magnetilise kvantarvu võimalikud väärtused on täisarvud −l ja l vahel (piirid kaasa arvatud). Näiteks kui elektron on orbitaalil d (l = 2), siis tema ml võib olla kas −2, −1, 0, 1 või 2. Igal elektronkihil võib maksimaalselt olla vaid kindel arv elektrone, mis moodustavad paare. Esimesel kihil saab olla kuni 2 elektroni, teisel kihil kuni 8 elektroni, kolmandal kihil kuni 18 elektroni, neljandal kuni 32 elektroni. Kui aatomi välisel elektronkihil on vähem elektrone, kui seal saab olla, on aine keemiliselt aktiivne, luues keemilisi ühendusi teiste aktiivsete aatomitega. See protsess toimub ajani, kuni aine väline elektronkiht täitub maksimaalselt elektronidega nii, et elektronide paarid välisel elektronkihil saavad täis. Viimasel elektronkihil, väliselektronkihil olevaid elektrone nimetatakse valentselektronideks. Valentselektrone saab olla ainult kuni 4 paari ehk 1 kuni 8 elektroni. Üksikute ainete puhul osalevad keemilises reaktsioonis ka eelviimase elektronkihi elektronid. Alamelektronkihi määrab ära elektroni asimuudi kvantarv. Alamelektronkihte tähistatakse s, p, d, f ja g. Tulenevalt Aufbau printsiibist ei ole teadaolevate keemiliste elementide aatomitel elektronkattes g-st suuremaid alamkihte olemas. Kuna iga peakvantarv omab isiklikku asimuudi kvantarvude komplekti, siis tavaliselt kirjeldatakse elektroni asukohta aatomi elektronkattes tema elektronkihi ja alamelektronkihi tähise abil. Näiteks 3s, 2p, 1d. Sellest piisab täiesti elemendi keemiliste omaduste määratlemiseks läbi tema valentskihi täituvuse analüüsi. Elektroni energia määrab (suures osas) ära tema peakvantarv koos asimuudi kvantarvuga. Reeglina on aatomituumale lähemal asuvad aatomorbitaalid madalama energiaga ning kaugemal asuvad aatomorbitaalid suurema energiaga. Nii on näiteks esimeses elektronkihis asuvad elektronid madalama energiaga kui teises elektronkihis olevad elektronid ja sama elektronkihi s alamkihis asuvate elektronide energia on madalam kui p alamkihis olevatel elektronidel. Elektroni täpse energia määratlemiseks tuleb siiski arvesse võtta ka tema magnetiline kvantarv ja isegi spinn.  Pikemalt artiklis Aufbau printsiip Vastavalt Aufbau printsiibile hõlmavad elektronid ergastamata seisundis aatomi elektronkattes kõige madalama energiaga veel täitmata (Pauli keeluprintsiip) positsiooni. Kuna kolmandast elektronkihist alates on näiteks d alamkiht aatomituumast kaugemal kui neljanda elektronkihi s alamkiht, siis seetõttu valivad elektronid endale neljanda kihi, kuigi kolmas kiht pole veel lõpuni täidetud.  Pikemalt artiklis spinn Kuna elektron on fermion, siis kehtib tema kohta Pauli keeluprintsiip, mistõttu samas süsteemis võib korraga samas olekus olla vaid üks elektron. Kuna eksperimentide tulemusena leiti, et igas lubatud peakvantarvu, asimuudi kvantarvu ja magnetilise kvantarvu kombinatsiooniga määratud positsioonis on mitte üks, vaid kaks elektroni, siis toodi elektronkihi iseloomustamiseks sisse veel üks täiendav kvantarv – spinn, mis võib olla kas −½ või ½. Kuigi spinn võeti alguses kasutusel "abistava" kvantarvuna, et põhjendada kahe elektroni viibimist samal positsioonil, siis põhjalikum uurimistöö näitas, et spinn on täiesti reaalne igat elementaarosakest iseloomustav kvantarv. Elektronkate Aatom Keemiline element Kvantarv Spinn