L' energia espressa da un elettrone nel modello a bande di una sostanza è definita livelli energetici. Questi livelli (noti anche come gusci elettronici) sono distanze fisse dal nucleo di un atomo in cui possono trovarsi gli elettroni. Gli elettroni sono minuscole particelle con carica negativa che orbitano attorno al nucleo positivo di un atomo. I gradini di una scala rappresentano i livelli energetici. È possibile stare in piedi su un gradino, ma non nello spazio tra di essi. Lo stesso vale per i protoni. Possono occupare un livello energetico o l'altro, ma non lo spazio tra di essi.
Gli elettroni di livello energetico I (noti anche come elettroni di livello energetico K) possiedono la minore quantità di energia. Gli elettroni di livello superiore hanno più energia man mano che ci si allontana dal nucleo, e la loro energia aumenta di una quantità fissa e discreta. Se gli elettroni assorbono questa quantità di energia, possono saltare da un livello energetico all'altro. Quando gli elettroni saltano da un livello energetico superiore a uno inferiore, emettono energia, che spesso si manifesta sotto forma di luce. Questo spiega l'effetto pirotecnico mostrato nell'immagine sopra. Gli elettroni acquisiscono energia e saltano a livelli energetici superiori quando i fuochi d'artificio esplodono.
Quando ritornano ai loro normali livelli di energia, l'energia viene rilasciata come luce. Poiché vari atomi hanno diverse disposizioni di elettroni, emettono luce di diversi colori.
Cosa sono i livelli energetici e gli orbitali?
Gli atomi di idrogeno sono gli atomi più piccoli. Sono costituiti da un solo atomo. Questa singola particella ha il livello energetico più basso. Nei nuclei più grandi si trovano più elettroni. Gli elettroni vengono sempre introdotti prima nel livello energetico più basso, finché non ne è pieno. Successivamente, gli elettroni vengono aggiunti al livello energetico successivo, più alto, finché non è completamente riempito, e così via.
Quanti elettroni possono essere contenuti in un particolare livello energetico? Il livello energetico I può contenere solo due elettroni, mentre il livello energetico II può contenerne fino a otto. La quantità massima è determinata dal numero di orbitali presenti in ciascun livello energetico. Un orbitale è una porzione di spazio all'interno di un atomo che ha maggiori probabilità di contenere un elettrone. Come si può notare, alcuni orbitali assomigliano a sfere (orbitali S), mentre altri a pesi (orbitali P) . Esistono anche altri tipi di orbitali.
Cosa hanno di speciale i livelli più esterni?
Gli elettroni nel livello energetico più esterno di un atomo rivestono un'importanza fondamentale. Questi elettroni, noti come elettroni di valenza , determinano molte delle proprietà di un atomo. Un atomo è più stabile quando possiede il maggior numero possibile di elettroni nel suo livello energetico più esterno. L'elio, ad esempio, ha due elettroni nel primo livello energetico. Poiché questo livello energetico può contenere solo due elettroni, l'unico livello energetico dell'elio è occupato. Di conseguenza, l'elio è un elemento molto stabile. Ovvero, è improbabile che i suoi atomi reagiscano con quelli di altri elementi.
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