Введение

Ядровые электроны - это электроны в атоме, которые не являются валентными электронами и не участвуют в химических связях. Ядро и электроны ядра атома образуют атомное ядро. Ядро электронов плотно связано с ядром. Поэтому, в отличие от валентных электронов, электроны ядра играют второстепенную роль в химических связях и реакциях, отсеивая положительный заряд атомного ядра от валентных электронов. Количество валентных электронов элемента может быть определено группой периодической таблицы элемента (см. Валентный электрон): для элементов основной группы количество валентных электронов колеблется от 1 до 8 (орбиталы ns и np). Для переходных металлов число валентных электронов колеблется от 3 до 12 (ns и (n-1d) орбиталей). Для лантаноидов и актиноидов число валентных электронов колеблется от 3 до 16 (ns, (n−2) f и (n−1) d орбиталей). Все остальные невалентные электроны для атома этого элемента считаются электронными ядрами.

Орбитальная теория

Более сложное объяснение разницы между ядром и валентными электронами можно описать с помощью теории атомных орбиталов. В атомах с одним электроном энергия орбиталя определяется исключительно принципом квантового числа n. Орбиталь n = 1 имеет самую низкую возможную энергию в атоме. Для большого n энергия увеличивается настолько, что электрон может легко вырваться из атома. В одиночных электронных атомах все энергетические уровни с одинаковым квантовым числом являются вырожденными и имеют одинаковую энергию. В атомах с более чем одним электроном энергия электрона зависит не только от свойств орбиталя, в котором он находится, но и от его взаимодействия с другими электронами в других орбиталях. Для этого необходимо учитывать квантовое число l. Более высокие значения l связаны с более высокими значениями энергии; например, состояние 2p выше, чем состояние 2s. Когда l = 2, увеличение энергии орбитального становится достаточно большим, чтобы подтолкнуть энергию орбитального выше энергии s орбитального в следующей более высокой оболочке; когда l = 3 энергия подталкивается в оболочку на две ступени выше. Наполнение 3d орбиталей не происходит, пока не будут заполнены 4s орбиталы. Увеличение энергии для подпокрытий увеличивающегося углового момента в больших атомах обусловлено эффектами взаимодействия электронов и электронов, и это конкретно связано со способностью электронов с низким угловым моментом проникать более эффективно к ядру, где они подвергаются меньшему скринингу от заряда интервентов электронов. Таким образом, в атомах с более высоким атомным номером, l электронов становится все более и более определяющим фактором их энергии, а основные квантовые числа n электронов становятся все менее и менее важными в их энергетическом размещении. Энергетическая последовательность первых 35 подполостей (например, 1s, 2s, 2p, 3s и т.д.) приведен в следующей таблице [не показано?]. Каждая ячейка представляет собой подполье, где n и l определяются индексами строк и столбцов соответственно. Число в ячейке - это положение подпокрытия в последовательности. См. периодическую таблицу ниже, организованную по подполоскам.

Релятивистские эффекты

Для элементов с высоким атомным числом Z можно наблюдать релятивистские эффекты для ядерных электронов. Скорости электронов s-ядра достигают релятивистского импульса, что приводит к сокращению орбиталей 6s относительно орбиталей 5d. Физические свойства, на которые влияют эти релятивистские эффекты, включают пониженную температуру плавления ртути и наблюдаемый золотистый цвет золота и цезия из-за сужения энергетического разрыва. Золото кажется желтым, потому что оно поглощает синий свет больше, чем другие видимые длины волн света, и поэтому отражает желтый тонированный свет.

Переход электронов

Ядро электрон может быть удалено из его ядра при поглощении электромагнитного излучения. Это либо возбудит электрон до пустой валентной оболочки, либо заставит его испускаться в виде фотоэлектрона из-за фотоэлектрического эффекта. Полученный атом будет иметь пустое пространство в ядре электронной оболочки, часто называемое ядренным отверстием. Он находится в метастабильном состоянии и будет распадаться в течение 10−15 с, высвобождая избыточную энергию через флуоресценцию рентгеновских лучей (как характерное рентгеновское излучение) или эффектом Аугера. Обнаружение энергии, излучаемой валентным электроном, попадающим на низкоэнергетическую орбиталь, дает полезную информацию об электронных и локальных решетчатых структурах материала. Хотя большую часть времени эта энергия высвобождается в виде фотона, энергия также может быть передана другому электрону, который выброшен из атома. Этот второй выброшенный электрон называется электроном Аугера, а этот процесс электронного перехода с косвенным излучением известен как эффект Аугера. Каждый атом, кроме водорода, имеет электроны ядра с хорошо определенной энергией связывания. Поэтому можно выбрать элемент для зондирования, настроив энергию рентгеновского излучения на соответствующий край поглощения. Спектры излучаемого излучения могут быть использованы для определения элементарного состава материала.