Atoms and Shells — the Lone Outer Electron
Les couches électroniques se remplissent suivant 2, 8, 18, 32 — et le cuivre se retrouve avec son vingt-neuvième électron seul dans une couche capable d'en accueillir trente-deux. C'est le plus éloigné de tous, et r est au carré dans la loi de Coulomb : une toute petite impulsion suffit à le libérer.
Comment utiliser cette simulation
- Appuyez sur Hydrogen pour le cas le plus simple : un électron dans une couche
- Appuyez sur Helium pour voir une couche exactement remplie et fortement liée
- Appuyez sur Copper pour trouver le vingt-neuvième électron seul dans la couche externe
- Comparez la distance au noyau de l'électron externe dans chaque cas
Ce qu’il faut observer
- Les capacités de couche suivent 2, 8, 18, 32, conformément à la règle 2n²
- La couche externe du cuivre contient un électron là où il en tiendrait trente-deux
- La couche remplie de l'hélium retient fermement ses électrons et n'en cède aucun
- Doubler la distance au noyau divise l'attraction de Coulomb par quatre
- Cet unique électron externe faiblement retenu par atome fait du cuivre un bon conducteur
La physique derrière
La capacité d'une couche suit 2n², soit 2, 8, 18 et 32 pour les quatre premières. Les vingt-neuf électrons du cuivre remplissent complètement les trois premières couches et en laissent un seul dans la quatrième. L'attraction de Coulomb qui retient un électron au noyau vaut F = ke²/r² : elle décroît comme le carré de la distance ; l'électron externe solitaire est à la fois le plus éloigné du noyau et écranté par les vingt-huit qui sont à l'intérieur. Son énergie de liaison est donc minuscule, et c'est pourquoi le cuivre libère environ un électron libre par atome à température ambiante.