А електросфера е областта на атома, в която електроните Намират се. Електросферата, по-точно, е съставена от атомни орбитали, определени чрез решаване на уравнението на Шрьодингер. Първоначално определена от модела на Ръдърфорд, електросферата получи значителен напредък по време на валидността на атомния модел на Бор.
Електросферата може да бъде разделена на слоеве (или енергийни нива), тъй като електроните имат определена (непрекъсната) енергия. За атоми с два или повече електрона обвивките се разделят на подобвивки (или подобвивки). Електросферата е изключително важна за разбирането на свойствата на атома и разбирането на образуването на химични връзки.
Прочетете също: Как се разделя атомът?
Теми в тази статия
- 1 - Обобщение на електросферата
- 2 - Видео урок за електросфера
- 3 - Какво е електросферата?
- 4 - Слоеве на електросферата
- 5 - Функция на електросферата
- 6 - Връзка между електросферата и атомната структура
- 7 - Решени упражнения върху електросферата
Резюме за електросферата
Електросферата е областта на атома, в която се намират електрони.
Състои се от атомни орбитали, вълнови функции, които са решения на уравненията на Шрьодингер.
Концепцията му започва с модела на Ърнест Ръдърфорд.
Електроните се задържат в електросферата поради привличането им към атомното ядро.
Основният напредък в разбирането на електросферата настъпи по време на концепцията на модела на Нилс Бор.
Състои се от слоеве (или енергийни нива), които са области с определена енергия.
За атоми с повече от един електрон обвивките се разделят на подобвивки (или подобвивки).
Електросферата е важна за разбирането на няколко свойства, като атомно сходство, стабилност, атомен радиус, йонизационна енергия, електронен афинитет, в допълнение към разбирането на образуването на връзки химикали.
Видео урок по електросфера
Какво представлява електросферата?
Електросферата се определя като областта на атомната структура, в която се намират електрони. В по-задълбочени интерпретации казваме, че е съставен от атомни орбитали, вълнови функции, които са решения на уравнението на Шрьодингер. Математическият израз на атомна орбитала, когато е на квадрат, представя плътността на вероятността за местоположението на електрона в дадена точка.
О концепцията за електросфера започва да се появява с Атомният модел на Ърнест Ръдърфорд, който включва електрони, обикалящи около плътно, положително ядро. По-късно Нилс Бор донесе по-значими интерпретации на електросферата чрез смесване на концепции от квантовата механика.
Не спирай сега... Има още след рекламата ;)
Слоеве на електросферата
Електроните се задържат в електросферата поради привличането им към атомното ядро. Известно е обаче, че тези електроните са в обвивки, чиито енергии са добре определени. Такива слоеве могат също да се нарекат енергийни нива.
До това заключение се стигна след експерименти със спектроскопия. Например, когато електрически ток се приложи към газ H2 При ниско налягане светлината се излъчва от H2. При това състояние се образуват Н-йони+ и електрони, които ще се върнат към Н йоните+ и ще образува възбудени (енергизирани) видове на H+. За облекчаване на излишната енергия, H йони+ освобождават енергия под формата на електромагнитно излъчване (светлина) и се рекомбинират в Н газ2 отново.
Може би си спомняте, че когато бялата светлина преминава през призма, тя се разпада на непрекъснат спектър (подобно на дъгата); обаче, същото не се случва със светлината, идваща от H2: когато такова лъчение преминава през призмата, в H емисионния спектър се наблюдават само ярки линии с определена дължина на вълната2, известни като спектрални линии.
Тълкуването на емисионните спектри на елементите (с добре дефинирани спектрални линии) е, че електрон, в атом, не може да представи никаква енергия, а по-скоро в точно определени количества (т.нар. енергийни пакети). Ако електроните нямаха такива енергийни ограничения, емисионният спектър на елементите би бил непрекъснат, точно като този на бялата светлина, преминаваща през призма.
Всяка спектрална линия на елемент става известна като енергийно ниво. (или слой, както сме свикнали да казваме). Тези линии възникват, когато електрон преминава от едно разрешено енергийно ниво към друго, в процес на промяна на енергията, известен като електронен преход.
По време на електронния преход електронът преминава от по-ниско енергийно ниво към по-високо енергийно ниво. Когато се върне към първоначалното си ниво, той излъчва излишна енергия чрез електромагнитно излъчване (светлина), давайки произход на спектралната линия, чиято излъчена енергийна стойност е пропорционална на стойност, определена от уравнението на Ридберг.
Йоханес Ридберг е шведски спектроскопист, който създава уравнение за определяне на тенденцията на спектралните линии въз основа на работата на швейцарския професор Йохан Балмер. Специфичната енергия на всеки слой се определя чрез решаване на съответното уравнение на Шрьодингер.
Всеки електронен слой има разрешен брой електрони. Понастоящем са дефинирани седем електронни слоя, идентифицирани с буквите K до Q, по азбучен ред, или с буквата n, където n ≥ 1. По този начин слой K е слой, където n = 1 и т.н. Броят на позволените електрони за обвивка е показан в следващата таблица.
Енергийно ниво |
Слой |
Максимален брой електрони |
1 |
К |
2 |
2 |
Л |
8 |
3 |
М |
18 |
4 |
н |
32 |
5 |
О |
32 |
6 |
П |
18 |
7 |
Q |
8 |
За хидрогеноидни атоми (само с 1 електрон, като H, He+, Ли2+), всички атомни орбитали имат еднаква енергия (ние ги наричаме изродени орбитали); обаче, в атоми с два или повече електрона възниква много важен ефект, отблъскване електрон-електрон. Последствието от този факт е, че орбиталите на всеки слой започват да имат различни енергии и следователно слоевете започват да се описват като подслоеве (или поднива).
За настоящите атоми всеки слой може да бъде разложен на до четири поднива, представени с буквите „s“ (от английски, остър), “p” (от английски, основен), “d” (от английски, дифузен) и „f“ (от английски, фундаментален).
Всяко подниво поддържа максимален брой електрони, определени чрез изчисления и експерименти. Поднивото “s” поддържа до 2 електрона; подниво “p”, до 6 електрона; подниво "d", до 10 електрона; и подниво "f", до 14 електрона. Слоят K е единственият, който позволява само една орбитала и следователно има само едно подниво.
Енергийно ниво |
Слой |
Поднива |
1 |
К |
1s |
2 |
Л |
2s, 2p |
3 |
М |
3s, 3p, 3d |
4 |
н |
4s, 4p, 4d, 4f |
5 |
О |
5s, 5p, 5d, 5f |
6 |
П |
6s, 6p, 6d |
7 |
Q |
7s, 7p |
Функция на електросферата
Електросферата на всеки атом може да се използва за обяснение на различни свойства и поведение на атома.
Свойства като атомен радиус, йонен радиус, йонизационна енергия и електронен афинитет имат стойности, които са пряко следствие от електронната конфигурация на електросферата, по-специално от наречен валентна обвивка, което всъщност е най-външната заета електронна обвивка на атом или йон.
А сходството между атомите от една и съща група в периодичната таблица също е следствие от електронната конфигурация на валентната обвивка. В химичните процеси ние избираме атоми от една и съща група в периодичната таблица, доколкото е възможно заместители и това е само правдоподобно, тъй като тези атоми имат същата електронна конфигурация в слоя на валентност.
Към химически връзки, които възникват между атомите за образуване на йонни и ковалентни съединения (молекули), също възникват чрез взаимодействия между електросферите на атомите.
Прочетете също: Атомен модел на Шрьодингер — начин за описване на атома с помощта на квантовата механика
Връзка между електросферата и атомната структура
Както беше отбелязано, електросферата обхваща областта на атома, в която могат да бъдат намерени електрони. Електроните, по-конкретно, са разположени в атомни орбитали, които имат енергия, определена чрез квантови изчисления.
Електросферата е най-голямата област от атомната структура, тъй като ядрото на атома е много малко. Мислейки за атома като за футболен стадион, ядрото ще съответства на топка в центъра на игрището, докато останалата част от стадиона ще бъде електросферата.
въпреки това, по отношение на масата, електросферата допринася малко. Тъй като масата на електроните е около 1836 пъти по-малка от тази на протоните и неутроните, можем да кажем, че почти цялата маса на атома е концентрирана в ядрото.
Решени упражнения върху електросферата
Въпрос 1
(Facisb 2023) В модела на Бор за водородния атом електронът може да заема само определени орбити. Някои от тези орбити са представени на фигурата, където n се отнася до енергийните нива, които електронът има във всяка орбита.
Помислете, че във водороден атом електронът е в орбитата, където n = 5.
Според модела на Бор този електрон ще излъчва енергия под формата на електромагнитно излъчване само когато
(A) направи преход към орбитата, в която n е равно на 6.
(B) остават в орбитата, където n = 5.
(C) преход към всяка орбита, в която n е по-голямо от 5.
(D) преход към всяка орбита, в която n е по-малко от 5.
(E) се изхвърля от атома, като го йонизира.
Отговор: Буква Г
Когато един електрон е във външна обвивка, при връщане във вътрешна обвивка с по-ниска енергия, той освобождава излишната енергия под формата на електромагнитно излъчване (светлина). Следователно появата на светлина ще се случи само когато електронът, присъстващ в n = 5, направи преход към вътрешна обвивка.
Въпрос 2
(Uerj 2019) Наскоро учените успяха да произведат метален водород чрез компресиране на молекулярен водород под високо налягане. Металните свойства на този елемент са същите като на другите елементи в група 1 на периодичната класификационна таблица.
Това сходство е свързано с най-енергийното подниво на тези елементи, което съответства на:
(A) ns1
(Б) n.p.2
(C) не3
(D) nf4
Отговор: Буква А
Водородният атом има само един електрон, който се намира на първо ниво, подниво „s“ (1s1). Една от причините, поради които се намира в група 1 на периодичната таблица, е, че всички други химични елементи в тази група имат атоми, чиято валентна обвивка е от същия тип (ns1). Следователно, поради подобен валентен слой, водородът може да бъде произведен в тази метална форма.
източници:
ДО КАНТО, Е. L.; ЛАЙТ, Л. Л. W.; КАНТО, Л. У. Химията – в ежедневието. 1. изд. Сао Пауло: Moderna, 2021 г.
ATKINS, P.; ДЖОУНС, Л.; ЛАВЕРМАН, Л. Принципи на химията: поставяне под въпрос на живота и околната среда. 7. изд. Порто Алегре: Bookman, 2018 г.
ATKINS, P.; DE PAULA, J.; КИЙЛЪР, Дж. Физическата химия на Аткинс. 11 изд. Оксфорд: Oxford University Press, 2018 г.
Искате ли да цитирате този текст в училищна или академична работа? Виж:
NOVAIS, Стефано Араухо. "Електросфера"; Бразилско училище. Достъпен в: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrosfera.htm. Достъп на 10 ноември 2023 г.
