مفهوم لایه های الکترونی و ترازهای انرژی در اتم و تفاوت آن ها و اختلاف انرژی آن ها

لایه الکترونی محتمل ترین مکان حضور الکترون در اطراف هسته است و فاصله آن تا هسته بر حسب پیکومترpm قابل محاسبه است. لایه الکترونی (به انگلیسی: Electron Shell) در علم شیمی اصطلاحی برای تعریف مدار یا مدارهایی در اطراف هستهٔ اتم است که الکترون‌ها در حوزهٔ آن، در اطراف هستهٔ اتم، در نظر گرفته می‌شوند. نزدیک‌ترین لایه به هسته، لایه نخست، دومین لایه، لایه دوم و به همین صورت تا لایه هفتم، می‌توان برای تعداد لایه‌ها متصور بود.

هر لایه، به تعداد ثابتی می‌تواند الکترون را در خود جای دهد. لایه نخست توانایی جای دادن حداکثر دو الکترون و لایه دوم تا حداکثر هشت الکترون را در خود جای می‌دهد. تعداد الکترون‌ها در لایه‌های بعدی، از طریق رابطه ۲n۲ معین می‌شوند. در این رابطه، n نمایانگر عدد لایه الکترونی است.هرچه از هسته دورتر می شویم شعاع لایه ها افزایش می یابد و فاصله بین لایه ها نیز افزایش می یابد مثلا فاصله لایه چهارم و سوم برابر 7aو فاصله لایه سوم و دوم برابر 5aاست.

شعاع هر لایه بور با رابطه r=an^2 بدست می آید که a=529pmاست.

تراز انرژی عبارتست از  انرژی پتانسیل الکترون در فاصله های مختلف است و این انرژی نیز از رابطه E=-13.6×1/n^2 برحسب الکترون ولت(ev) بدست می آید و قابل محاسبه است.

اختلاف انرژی لایه ها و اختلاف فاصله لایه ها با دور شدن از هسته چه تغییری می کند؟

انرژی پتانسل هم به فاصله الکترون از هسته و هم به بار هسته بستگی دارد. با دور شدن از هسته فاصله بین ترازهای انرژی(ترازهای انرژی نه لایه های الکترونی)کاهش می یابد یعنی با دور شدن از هسته انرژی لایه ها به هم نزدیکتر می شود.
نتیجه اینکه:با دور شدن از هسته اختلاف فاصله لایه ها بیشتر ولی اختلاف انرژی ترازهای انرژی کمتر می شود.فاصله بین لایه های الکترونی با شعاع لایه ها رابطه مستقیم دارد وبدیهی است که هرچه n بزرگتر باشد ، شعاع لایه نیز بزرگتر می شود .پس با افزایش n و دور شدن از هسته اتم ، فاصله لایه ها نیز بیشتر می شود.

که دررابطه زیر هم شعاع هرلایه بور با n ( عددکوانتمی اصلی که نشان دهنده ی شماره لایه ای که الکترون درآن قرار دارد هم می باشد) رابطه مستقیم دارد :
r = an^2 , a = 529pm

 از طرفی هرچه از هسته دورتر شویم یعنی هرچه n بزرگتر شود ، پایداری الکترون کمتر است چون کمتر تحت تاثیر جاذبه هسته می باشد و می دانیم که به طور کلی پایداری ذره با سطح انرژی ذره رابطه وارونه دارد . به طوری که هرچه الکترون به هسته نزدیک تر ، پایداری الکترون بیشتر ، Ep الکترون منفی تر می شود.پس با افزایش n و دور شدن از هسته فاصله بین ترازهای انرژی کمتر می شود .که در رابطه زیر هم رابطه بین انرژی پتانسیل الکترون با n رابطه وارونه دارد :
Ep = – 13/6 × 1/n^2