Atoms and Shells — the Lone Outer Electron
Elektronenschalen füllen sich nach dem Muster 2, 8, 18, 32 — und Kupfer bleibt mit seinem neunundzwanzigsten Elektron allein in einer Schale zurück, die zweiunddreißig fassen könnte. Es ist das äußerste von allen, und im Coulombschen Gesetz steht r im Quadrat, sodass ein winziger Anstoß genügt, um es zu befreien.
So benutzt du diese Simulation
- Drücken Sie Hydrogen für den einfachsten Fall — ein Elektron in einer Schale
- Drücken Sie Helium, um eine exakt gefüllte und fest gebundene Schale zu sehen
- Drücken Sie Copper, um das neunundzwanzigste Elektron allein in der äußersten Schale zu finden
- Vergleichen Sie, wie weit das äußere Elektron jeweils vom Kern entfernt sitzt
Worauf du achten solltest
- Die Schalenkapazitäten lauten 2, 8, 18, 32 und folgen damit der Regel 2n²
- Die äußere Schale des Kupfers enthält ein Elektron, wo zweiunddreißig Platz fänden
- Die gefüllte Schale des Heliums hält ihre Elektronen fest und gibt keines ab
- Den Abstand vom Kern zu verdoppeln viertelt die Coulomb-Anziehung
- Dieses eine locker gebundene äußere Elektron je Atom macht Kupfer zu einem guten Leiter
Die Physik dahinter
Die Schalenkapazität folgt 2n², was für die ersten vier 2, 8, 18 und 32 ergibt. Die neunundzwanzig Elektronen des Kupfers füllen die ersten drei Schalen vollständig und lassen ein einziges in der vierten. Die Coulomb-Anziehung, die ein Elektron an den Kern bindet, ist F = ke²/r² und fällt also mit dem Quadrat des Abstands ab; das einsame äußere Elektron ist zugleich am weitesten vom Kern entfernt und von den achtundzwanzig inneren abgeschirmt. Seine Bindungsenergie ist entsprechend winzig, weshalb Kupfer bei Raumtemperatur etwa ein freies Elektron je Atom abgibt.