Atomi
Rakenne > Elektronipilvi > Elektronipilven tarkempi rakenne

Eri atomien elektronipilvet vaihtelevat elektronien määrästä riippuen, niitä voidaan kuvailla erilaisina atomin ympärillä olevina tilvauusmalleina, joissa elektronit todennäköisimmiten ovat. Kvanttimekaaninen atomimalli kuitenkin antaa tarkemman kuvauksen elektronien paikasta elektronipilvessä. Kvanttimekaaninen atomimalli lähtee ajatuksesta, että elektronin sijainnin määrää neljä tekijää: pääkvanttiluku n, sivukvanttiluku l, magneettinen kvanttiluku ml ja spin s.
Jokainen elektronitaso eli pääkvanttiluku jakaantuu useisiin orbitaaleihin, joita erottavat toisistaan sivukvanttiluvun ja magneettisen kvanttiluvun eri arvot.
Kun pääkvanttiluku on n, sivukvanttiluvun mahdollisia arvoja ovat kokonaisluvut l välillä 0 ≤ l ≤ n. Sen jokaista arvoa kohti on annettu kirjainsymboli, jotka näkyvät taulukosta:
| Sivukvanttiluku | 0 | 1 | 2 | 3 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| Kirjainsymboli | s | p | d | f |
Kun sivukvanttiluku saa arvon l, magneettisen kvanttiluvun mahdollisia arvoja ovat kokonaisluvut -l:stä l:ään, esimerkiksi sivukvanttiluvun ollessa 1 (p-orbitaalit) siis -1, 0 ja 1, ja sivukvanttiluvun ollessa 2 siis luvut -2, -1, 0, 1 ja 2.
Jokaista pääkvanttilukua n kohti sivukvanttiluvulla on siis n mahdollista arvoa, joita kutakin vastaa tietty orbitaali. Esimerkiksi L-kuorella, jonka pääkvanttiluku on 1, sivukvanttiluku voi olla 0 tai 1, toisin sanoen sillä on sekä s-orbitaali ja p-orbitaali (p-orbitaaleja on kolme). Eri orbitaalit ovat eri muotoisia: S-orbitaalit on pallomaisia ja p-orbitaalit ovat muodoltaan kahdeksikkoja. P-orbitaaleja on aina kolme kullakin energiatasolla; jokaiselle ulottuvuudelle yksi. Eri p-orbitaaleja merkitään px-, py- ja pz-orbitaaleiksi. Yleensä erikseen merkitseminen on turhaa, sillä kaikki orbitaalit, joilla on sama pää- ja sivukvanttiluku, ovat samanenergisiä, ja ne ilmoitetaan yleensä ikään kuin ne muodostaisivat vain yhden orbitaalin.
Spin on yksi tärkeimmistä elektronin ominaisuuksista, kun mietitään atomin elektronikonfiguraatiota eli elektronien sijoittumista elektronipilveen. Spinin voidaan ajatella olevan tietynlaista elektronin pyörimistä. Elektronin pyörimistä ei pidä sekoittaa pyörimiseen, jonka ihminen havaitsee, vaan se on jotakin muuta. Jos elektronin pyöriminen akselinsa ympäri olisi vastaavaa kuin klassisen fysiikan ymmärtämä pyöriminen, elektroni pyörisi lähes kymmenkertaisella valonnopeudella akselinsa ympäri. Elektronin spin voi olla joko ½ tai −½. Spin ilmoittaa ”pyörimissuunnan”.
Elektroneja sijoitetaan orbitaaleille kolmen säännön avulla: minimienergiaperiaatteen, Paulin kieltosäännön ja Hundin säännön avulla. Alkuaineen järjestysluvun ja samalla elektronien lukumäärän kasvaessa eri orbitaalit täyttyvät seuraavassa järjestyksessä:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.
Näissä merkinnöissä numerot tarkoittavat pääkvanttilukua, jäljessä olevat kirjaimet sivukvanttiluvun mukaan määräytyviä orbitaaleja. Huomattava on, että ylemmän kuoren s-orbitaalit täyttyvät ennen alemman kuoren d- ja f-orbitaaleja. Alkuaineet, joilla viimeksi tulleet elektronit ovat d-orbitaaleilla, ovat siirtymämetalleja. Alkuaineet, joilla ne ovat f-orbitaalilla, ovat lantanoideja tai aktinoideja.