Învelișul electronic pe straturi

Electronii unui atom se așază pe straturi în jurul nucleului. Straturile se numerotează de la nucleu spre exterior ($1,2,3,4,\dots$) și se mai notează $\mathrm{K},\mathrm{L},\mathrm{M},\mathrm{N}$. Cu cât stratul este mai departe de nucleu, cu atât electronii lui sunt legați mai slab. Stratul cu numărul $n$ primește cel mult $2n^2$ electroni, adică $2$, $8$, $18$, $32$. La primele $20$ de elemente se aplică o regulă mai simplă: $2$ electroni pe primul strat, până la $8$ pe al doilea, până la $8$ pe al treilea, apoi începe al patrulea. Repartiția electronilor se scrie ca șir de numere, pornind de la primul strat: oxigenul ($Z=8$) are $2,6$, iar calciul ($Z=20$) are $2,8,8,2$. Ultimul strat ocupat se numește strat exterior, iar electronii lui sunt electroni de valență. Numărul straturilor ocupate este numărul perioadei elementului din tabelul periodic.

Repartiția explică și comportarea chimică. Atomii cu $1$, $2$ sau $3$ electroni de valență, ca $\mathrm{Na}$, $\mathrm{Mg}$ și $\mathrm{Al}$, îi cedează și devin ioni pozitivi. Atomii cu $6$ sau $7$ electroni de valență, ca $\mathrm{O}$ și $\mathrm{Cl}$, primesc electroni și devin ioni negativi. Prin aceste schimburi ultimul strat ajunge la $8$ electroni, ca la gazele nobile, care reacționează foarte greu.

Exemplu rezolvat 1: care este repartiția electronilor la magneziu, $Z=12$?

1. Atomul este neutru, deci are $12$ electroni.
2. Primul strat primește $2$ electroni; rămân $12-2=10$.
3. Al doilea strat primește $8$; rămân $10-8=2$.
4. Ultimii $2$ electroni merg pe al treilea strat.

Repartiția este $2,8,2$; suma $2+8+2=12$ confirmă calculul. Magneziul are $3$ straturi, deci este în perioada $3$, și $2$ electroni de valență, deci este în grupa $2$. La fluor, $Z=9$, repartiția este $2,7$: stratul exterior mai are loc pentru un electron.

Exemplu rezolvat 2: clorul, $Z=17$.

1. Distribuim $17$ electroni: $2$ pe primul strat și $8$ pe al doilea; rămân $17-2-8=7$.
2. Repartiția este $2,8,7$: perioada $3$ și $7$ electroni de valență.
3. Clorul primește un electron și devine ${\mathrm{Cl}}^{-}$ cu repartiția $2,8,8$: ultimul strat are acum octet.

Primul strat se completează la $2$ electroni (dublet), iar celelalte straturi exterioare la $8$ (octet). Gazele nobile au straturi exterioare complete: $\mathrm{He}$ are $2$, $\mathrm{Ne}$ are $2,8$, iar $\mathrm{Ar}$ are $2,8,8$. De aceea stau în natură ca atomi izolați. După argon, al nouăsprezecelea electron nu merge în stratul al treilea, ci în al patrulea; motivul este ordinea substraturilor, tratată la lecția despre orbitali. Repartițiile primelor $20$ de elemente sunt:

Din repartiție se citesc trei lucruri: câte numere are șirul (numărul straturilor, adică perioada), ultimul număr (electronii de valență) și suma lor (numărul atomic $Z$). Lungimile perioadelor rezultă din capacități: perioada $1$ are $2$ elemente ($\mathrm{H}$, $\mathrm{He}$), iar perioadele $2$ și $3$ au câte $8$ ($\mathrm{Li}$–$\mathrm{Ne}$ și $\mathrm{Na}$–$\mathrm{Ar}$).

Pentru grupele principale, numărul electronilor de valență este egal cu numărul grupei la grupele $1$ și $2$ și cu numărul grupei minus $10$ la grupele $13$–$18$. Elementele cu același număr de electroni de valență au proprietăți chimice asemănătoare.

Exemplu rezolvat 1: aluminiul, $Z=13$.

1. Repartiția este $2,8,3$: trei straturi, deci perioada $3$.
2. Cei $3$ electroni de valență dau grupa $10+3=13$.
3. Prin cedarea celor $3$ electroni exteriori se formează ${\mathrm{Al}}^{3+}$, cu $10$ electroni și repartiția $2,8$, identică cu a neonului. Cationul ${\mathrm{Al}}^{3+}$ are cu un strat mai puțin decât atomul.

Exemplu rezolvat 2: potasiul, $Z=19$.

1. Primele două straturi iau $2+8=10$, al treilea ia $8$; rămâne $1$ electron.
2. Acesta merge pe al patrulea strat: repartiția $2,8,8,1$, perioada $4$, grupa $1$.
3. Ionul ${\mathrm{K}}^{+}$ are $18$ electroni și repartiția $2,8,8$, ca argonul.

Un anion păstrează numărul straturilor atomului: ${\mathrm{S}}^{2-}$ are $2,8,8$ ca și argonul, dar rămâne sulf, cu $16$ protoni.

Cedarea și primirea de electroni se scriu ca ecuații: $\mathrm{Na}\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+{\mathrm{e}}^{-}$ și $\mathrm{Cl}+{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$; sarcina totală se conservă în fiecare, iar nucleul nu participă. Heliul, cu doar $2$ electroni de valență, aparține grupei $18$, deși nu are octet.

Exemplu rezolvat 3: cum se formează oxidul de magneziu?

1. Magneziul, $2,8,2$, cedează $2$ electroni și devine ${\mathrm{Mg}}^{2+}$ cu repartiția $2,8$.
2. Oxigenul, $2,6$, primește $2$ electroni și devine ${\mathrm{O}}^{2-}$ cu repartiția $2,8$.
3. Sarcinile $2+$ și $2-$ se anulează în raport $1:1$, deci formula este $\mathrm{MgO}$.

Subiectele cer repartiția electronilor, poziția în tabel și ionii stabili. Poziția se stabilește după atomul neutru, nu după ion: specia cu repartiția $2,8,7$ are $17$ electroni, deci, dacă este atom neutru, $Z=17$, perioada $3$, grupa $17$. Ionul ${\mathrm{Cl}}^{-}$ are repartiția $2,8,8$, dar elementul rămâne în grupa $17$. Pentru un cation, adaugă mai întâi electronii cedați și abia apoi stabilește $Z$.

Exemplu de complement simplu: ionul ${\mathrm{X}}^{2+}$ are repartiția $2,8,8$. Care este elementul $\mathrm{X}$? Rezolvare: ionul are $18$ electroni, atomul a cedat $2$, deci avea $20$ de electroni și $Z=20$. Atomul are repartiția $2,8,8,2$: calciul, perioada $4$, grupa $2$.

Exemplu de complement grupat. Au repartiția neonului ($2,8$) speciile:

1. ${\mathrm{O}}^{2-}$;
2. ${\mathrm{Mg}}^{2+}$;
3. ${\mathrm{F}}^{-}$;
4. ${\mathrm{S}}^{2-}$.

Variantele de răspuns:

• A. Numai 1, 2 și 3 sunt corecte.
• B. Numai 1 și 3 sunt corecte.
• C. Numai 2 și 4 sunt corecte.
• D. Numai 4 este corectă.
• E. Toate sunt corecte sau toate sunt false.

Rezolvare: ${\mathrm{O}}^{2-}$ are $8+2=10$ electroni, ${\mathrm{Mg}}^{2+}$ are $12-2=10$, ${\mathrm{F}}^{-}$ are $9+1=10$, iar ${\mathrm{S}}^{2-}$ are $16+2=18$, adică repartiția argonului ($2,8,8$). Primele trei specii au repartiția $2,8$. Răspuns: A.

Exemplu numeric: un element din perioada $3$ are $5$ electroni de valență. Repartiția este $2,8,5$, deci $Z=15$ (fosfor), grupa este $10+5=15$, iar atomul are nevoie de $8-5=3$ electroni pentru octet: ionul stabil este ${\mathrm{P}}^{3-}$, cu repartiția $2,8,8$. Speciile cu aceeași repartiție, numite izoelectronice, au $Z$ diferit: $\mathrm{Ne}$, $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ și ${\mathrm{F}}^{-}$ au toate repartiția $2,8$, dar $Z=10$, $11$, respectiv $9$.

Unde apare la examen

• Programa de clasa a VII-a cuprinde învelișul de electroni și repartizarea electronilor pe straturi pentru primele 20 de elemente din tabelul periodic, plus relația dintre structura învelișului și poziția elementului (programa de chimie VII–VIII, OMEN 3393/2017).
• Clasa a IX-a, programa nouă: orbitalii și substraturile, ocuparea cu electroni a straturilor și substraturilor și configurația elementelor din perioadele 1, 2 și 3, corelată cu poziția lor în tabelul periodic (programele școlare de liceu, OMEC 6930/2025).
• Bacalaureatul, chimie anorganică și generală: programa de examen cere straturile, substraturile și orbitalii, structura învelișului electronic pentru elementele din perioadele 1, 2 și 3 și clasificarea elementelor în blocurile s, p și d (programa de bacalaureat, anexa 2 la OMENCS 5070/2016), programa folosită și în 2026 (OMEC 6059/2025, art. 3).

Greșeli frecvente

• Greșit: Atomul de calciu are repartiția $2,8,10$.
  Corect: pentru $Z=20$, repartiția școlară este $2,8,8,2$.
• Greșit: Formarea ionului ${\mathrm{S}}^{2-}$ schimbă $Z$.
  Corect: se adaugă doi electroni; $Z=16$ rămâne același.
• Greșit: Perioada unui element este numărul electronilor de valență.
  Corect: perioada este numărul straturilor ocupate, iar numărul electronilor de valență indică grupa.
• Greșit: Cationul ${\mathrm{Na}}^{+}$ are repartiția $2,8,1$.
  Corect: sodiul a cedat electronul exterior, deci ${\mathrm{Na}}^{+}$ are $10$ electroni și repartiția $2,8$.

Înainte și după

Întrebări frecvente