Кіріспе
Негізгі электрондар - атомдағы валентті электрон емес және химиялық байланысқа қатыспайтын электрондар. Атомның ядросы мен ядролық электрондары атом ядросын құрайды. Ядролық электрондар ядромен тығыз байланыста болады. Сондықтан, валентті электроннан айырмашылығы, ядролық электрондар химиялық байланыстар мен реакцияларда атом ядросының оң зарядын валентті электроннан ажырату арқылы екінші реттік рөл атқарады. Элементтердің валентті электрондарының санын элементтің периодтық кестедегі тобымен анықтауға болады (валентті электронды қараңыз): Негізгі топ элементтері үшін валентті электрондар саны 1-ден 8-ге дейін (ns және np орбиталдары) аралығында болады. Өтпелі металдар үшін валентті электрондар саны 3 -тен 12 дейін (ns және (n-1d) орбиталдары). Лантанидтер мен актинидтер үшін валентті электрондар саны 3-тен 16-ға дейін (ns, (n−2) f және (n−1) d орбиталдары) аралығында болады. Осы элементтің атомдарының барлық басқа валентті емес электрондары ядролық электрондар болып саналады.
For main group elements, the number of valence electrons ranges from 1 to 8 (ns and np orbitals). For transition metals, the number of valence electrons ranges from 3 to 12 (ns and (n−1)d orbitals). For lanthanides and actinides, the number of valence electrons ranges from 3 to 16 (ns, (n−2)f and (n−1)d orbitals). All other non valence electrons for an atom of that element are considered core electrons.
Орбиталық теория
Ядро мен валентті электрон арасындағы айырмашылықты атомдық орбитальдық теория арқылы түсіндірудің күрделірек әдісі. Бір электроны бар атомдарда орбиталь энергиясы тек n негізгі кванттық санымен анықталады. n = 1 орбиталь атомда мүмкін болатын ең төмен энергияға ие. Үлкен n үшін энергия өте жоғарылайды, сондықтан электрон атомнан оңай қаша алады. Бір электронды атомда бірдей кванттық саны бар барлық энергия деңгейлері дегенеративті және энергиясы бірдей. Бір электронынан көп атомдарда электронның энергиясы орбиталдағы қасиеттеріне ғана емес, сонымен қатар басқа орбиталдағы басқа электрондармен өзара әрекеттесуіне де байланысты. Бұл үшін l кванттық санын қарастыру қажет. l-дің жоғары мәндері энергияның жоғары мәндерімен байланысты; мысалы, 2p күйі 2s күйінен жоғары. l = 2 болғанда, орбитальдың энергиясының өсуі орбитальдың энергиясын келесі жоғары қабықтағы s орбиталының энергиясынан жоғарылатуға жеткілікті болады; l = 3 болғанда энергия қабыққа екі саты жоғарылатылады. 3d орбитальдар 4s орбитальдар толтырылғанша толтырылмайды. Үлкен атомдардағы бұрыштық импульсті арттырудың қосалқы қабықтарының энергиясының өсуі электрон-электрон өзара әрекеттесу әсерінен болады және ол төмен бұрыштық импульсті электрондардың ядроға қарай тиімді ену қабілетіне байланысты, онда олар араласқан электрондардың зарядынан аз скринингке ұшырайды. Осылайша, атомдық саны жоғары атомдарда электрондардың l саны олардың энергиясын анықтайтын факторға айналады, ал электрондардың негізгі кванттық саны n олардың энергиясын орналастыруда маңыздылығы азаяды. Алғашқы 35 субқабықтың энергия реті (мысалы, 1s, 2s, 2p, 3s және т.б.) төмендегі кестеде көрсетілген [көрсетілмеген?]. Әрбір ұяшық n және l-мен қатар, оның жол және баған индекстерімен берілген субқабықты білдіреді. Ұяшықтағы сан - бұл тізбектегі субқабықтың орны. Төмендегі кезеңдік кестеге қараңыз, олар субқабықтар бойынша ұйымдастырылған.
Релятивистік әсерлер
Жоғары атомдық саны Z элементтер үшін ядролық электрондар үшін салыстырмалылық әсерін байқауға болады. S ядросының электрондарының жылдамдықтары релятивистік импульске жетеді, бұл 6s орбиталдарының 5d орбиталдарына қатысты жиырылуына әкеледі. Бұл релятивистік әсерлерге әсер ететін физикалық қасиеттерге сынаптың төмендеу балқу температурасы және энергиялық алшақтықтың қысқаруына байланысты алтын мен цезийдің алтын түске ие болуы жатады. Алтын сары түсті болып көрінеді, өйткені ол көк сәулені басқа жарық толқын ұзындығынан көбірек сіңіреді, сондықтан сары түсті жарықты кері шағылыстырады.
Электрондық ауысу
Электромагниттік сәулеленуді сіңіру кезінде ядролық электронды ядролық деңгейінен алып тастауға болады. Бұл электронды бос валенттік қабыққа қозғайды немесе фотоэлектрлік әсерден фотоэлектрон ретінде шығарады. Атомның ядролық электрон қабығында бос орын болады, оны көбінесе ядролық тесік деп атайды. Ол метатұрақ күйде және 10−15 с ішінде ыдырайды, артық энергияны рентгендік флуоресценция арқылы (характерлік рентген сәулесі ретінде) немесе Аугер эффектісі арқылы босатылады. Төмен энергетикалық орбитаға түскен валентті электроннан бөлінген энергияны анықтау материалдың электронды және жергілікті тор құрылымы туралы пайдалы ақпаратты береді. Бұл энергия көбінесе фотондар түрінде шығарылса да, энергия атомнан шығарылатын басқа электронға да берілуі мүмкін. Екінші шығарылған электронды Аугер электроны деп атайды және жанама сәуле шығару арқылы электронды ауысу процесі Аугер эффектісі деп аталады. Сутектен басқа әрбір атомның ядролық деңгейдегі электрондары бар, олардың байланысу энергиясы жақсы анықталады. Сондықтан рентген сәулелерінің энергиясын тиісті сіңіру жиегіне қарай реттеу арқылы сынауға арналған элементті таңдау мүмкін. Шығаратын сәулелену спектрлерін материалдың элементтік құрамын анықтау үшін пайдалануға болады.