A Elektrosphäre ist der Bereich des Atoms, in dem die Elektronen Sie sind lokalisiert. Genauer gesagt besteht die Elektrosphäre aus Atomorbitalen, die durch Lösung der Schrödinger-Gleichung bestimmt werden. Die Elektrosphäre wurde erstmals durch Rutherfords Modell bestimmt und erfuhr während der Gültigkeit von Bohrs Atommodell erhebliche Fortschritte.
Die Elektrosphäre kann in Schichten (oder Energieniveaus) unterteilt werden, da Elektronen eine definierte (nicht kontinuierliche) Energie haben. Bei Atomen mit zwei oder mehr Elektronen teilen sich die Schalen in Unterschalen (oder Unterschalen). Die Elektrosphäre ist äußerst wichtig für das Verständnis der Eigenschaften des Atoms und des Verständnisses der Bildung chemischer Bindungen.
Lesen Sie auch: Wie wird das Atom gespalten?
Themen in diesem Artikel
- 1 - Zusammenfassung der Elektrosphäre
- 2 - Videolektion zur Elektrosphäre
- 3 - Was ist die Elektrosphäre?
- 4 - Schichten der Elektrosphäre
- 5 - Funktion der Elektrosphäre
- 6 – Beziehung zwischen der Elektrosphäre und der Atomstruktur
- 7 - Gelöste Übungen zur Elektrosphäre
Zusammenfassung über die Elektrosphäre
Die Elektrosphäre ist der Bereich des Atoms, in dem sich Elektronen befinden.
Es besteht aus Atomorbitalen, Wellenfunktionen, die Lösungen der Schrödinger-Gleichungen sind.
Sein Konzept begann mit dem Vorbild von Ernest Rutherford.
Elektronen werden aufgrund ihrer Anziehungskraft auf den Atomkern in der Elektrosphäre gehalten.
Die wichtigsten Fortschritte beim Verständnis der Elektrosphäre wurden während der Konzeption von Niels Bohrs Modell erzielt.
Es besteht aus Schichten (oder Energieniveaus), bei denen es sich um Bereiche definierter Energie handelt.
Bei Atomen mit mehr als einem Elektron teilen sich die Schalen in Unterschalen (oder Unterschalen).
Die Elektrosphäre ist wichtig für das Verständnis verschiedener Eigenschaften, wie z. B. atomare Ähnlichkeit, Stabilität, Atomradius, Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität sowie das Verständnis der Bindungsbildung Chemikalien.
Videolektion zur Elektrosphäre
Was ist die Elektrosphäre?
Die Elektrosphäre ist definiert als der Bereich der Atomstruktur, in dem sich Elektronen befinden. In tiefergehenden Interpretationen sagen wir, dass es aus Atomorbitalen besteht, Wellenfunktionen, die Lösungen der Schrödinger-Gleichung sind. Der mathematische Ausdruck eines Atomorbitals gibt im Quadrat die Wahrscheinlichkeitsdichte des Standorts des Elektrons an einem bestimmten Punkt an.
Ö Das Konzept der Elektrosphäre begann mit dem aufzutauchen Das Atommodell von Ernest Rutherford, bei dem Elektronen um einen dichten, positiven Kern kreisen. Später brachte Niels Bohr bedeutendere Interpretationen der Elektrosphäre, indem er Konzepte aus der Quantenmechanik vermischte.
Hör jetzt nicht auf... Nach der Werbung kommt noch mehr ;)
Schichten der Elektrosphäre
Elektronen werden aufgrund ihrer Anziehungskraft auf den Atomkern in der Elektrosphäre gehalten. Es ist jedoch bekannt, dass diese Elektronen befinden sich in Schalen, deren Energien genau definiert sind. Solche Schichten können auch als Energieniveaus bezeichnet werden.
Diese Schlussfolgerung kam nach Spektroskopieexperimenten. Wenn beispielsweise ein elektrischer Strom an Gas H angelegt wird2 Bei niedrigem Druck wird Licht von H emittiert2. In diesem Zustand werden H-Ionen gebildet+ und Elektronen, die zu den H-Ionen zurückkehren+ und wird angeregte (energetisierte) Spezies von H. bilden+. Um überschüssige Energie abzubauen, werden H-Ionen eingesetzt+ setzen Energie in Form elektromagnetischer Strahlung (Licht) frei und rekombinieren zu H-Gas2 wieder.
Sie erinnern sich vielleicht daran, dass weißes Licht, wenn es durch ein Prisma fällt, in ein kontinuierliches Spektrum (ähnlich einem Regenbogen) zerfällt; Das Gleiche gilt jedoch nicht für das Licht von H2: Beim Durchgang dieser Strahlung durch das Prisma werden im H-Emissionsspektrum nur helle Linien mit einer definierten Wellenlänge beobachtet2, sogenannte Spektrallinien.
Die Interpretation für die Emissionsspektren der Elemente (mit wohldefinierten Spektrallinien) ist diese ein Elektron, in einem Atom, kann keine Energie darstellen, sondern nur in wohldefinierten Mengen (sog. Energiepakete). Wenn Elektronen nicht solche energetischen Einschränkungen hätten, wäre das Emissionsspektrum der Elemente kontinuierlich, genau wie das von weißem Licht, das durch ein Prisma fällt.
Jede Spektrallinie eines Elements wurde als Energieniveau bezeichnet. (oder Schicht, wie wir es eher sagen). Diese Linien entstehen, wenn ein Elektron von einem zulässigen Energieniveau zu einem anderen übergeht, in einem Prozess der Energieänderung, der als elektronischer Übergang bekannt ist.
Beim elektronischen Übergang geht das Elektron von einem niedrigeren Energieniveau auf ein höheres Energieniveau über. Bei der Rückkehr zum Ausgangsniveau gibt es überschüssige Energie durch elektromagnetische Strahlung (Licht) ab und gibt so Energie ab Ursprung der Spektrallinie, deren emittierter Energiewert proportional zu einem durch die Gleichung definierten Wert ist Rydberg.
Johannes Rydberg war ein schwedischer Spektroskopiker, der auf der Grundlage der Arbeit des Schweizer Professors Johann Balmer eine Gleichung zur Definition des Trends von Spektrallinien erstellte. Die spezifische Energie jeder Schicht wird durch Lösen der entsprechenden Schrödinger-Gleichung definiert.
Jede elektronische Schicht verfügt über eine zulässige Anzahl von Elektronen. Derzeit sind sieben elektronische Schichten definiert, die durch die Buchstaben K bis Q in alphabetischer Reihenfolge oder durch den Buchstaben n gekennzeichnet sind, wobei n ≥ 1 ist. Somit ist Schicht K die Schicht, in der n = 1 ist, und so weiter. Die Anzahl der pro Schale zulässigen Elektronen ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Energielevel |
Schicht |
Maximale Anzahl an Elektronen |
1 |
K |
2 |
2 |
L |
8 |
3 |
M |
18 |
4 |
N |
32 |
5 |
Ö |
32 |
6 |
P |
18 |
7 |
Q |
8 |
Für wasserstoffhaltige Atome (mit nur 1 Elektron, wie H, He+, Li2+), alle Atomorbitale haben die gleiche Energie (wir nennen sie entartete Orbitale); In Atomen mit zwei oder mehr Elektronen tritt jedoch ein sehr wichtiger Effekt auf: die Elektron-Elektron-Abstoßung. Die Folge dieser Tatsache ist, dass die Orbitale jeder Schicht unterschiedliche Energien aufweisen und die Schichten daher als Unterschichten (oder Unterebenen) beschrieben werden.
Bei aktuellen Atomen kann jede Schicht in bis zu vier Unterebenen zerlegt werden, dargestellt durch die Buchstaben „s“ (aus dem Englischen, scharf), „p“ (aus dem Englischen, hauptsächlich), „d“ (aus dem Englischen, diffus) und „f“ (aus dem Englischen, grundlegend).
Jede Unterebene unterstützt eine maximale Anzahl von Elektronen, die durch Berechnungen und Experimente definiert wird. Die „s“-Unterebene unterstützt bis zu 2 Elektronen; die „p“-Unterebene, bis zu 6 Elektronen; die „d“-Unterebene, bis zu 10 Elektronen; und die „f“-Unterebene bis zu 14 Elektronen. Die K-Schicht ist die einzige, die nur ein einziges Orbital zulässt und daher nur eine einzige Unterebene hat.
Energielevel |
Schicht |
Unterebenen |
1 |
K |
1s |
2 |
L |
2s, 2p |
3 |
M |
3s, 3p, 3d |
4 |
N |
4s, 4p, 4d, 4f |
5 |
Ö |
5s, 5p, 5d, 5f |
6 |
P |
6s, 6p, 6d |
7 |
Q |
7er, 19p |
Funktion der Elektrosphäre
Die Elektrosphäre jedes Atoms kann zur Erklärung verschiedener Eigenschaften und Verhaltensweisen des Atoms verwendet werden.
Eigenschaften wie Atomradius, Ionenradius, Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität haben Werte, die eine direkte Folge der elektronischen Konfiguration der Elektrosphäre sind, genauer gesagt der Valenzschale genannt, die eigentlich die äußerste besetzte elektronische Hülle eines Atoms oder Ions ist.
A Die Ähnlichkeit zwischen Atomen derselben Gruppe im Periodensystem ist auch eine Folge der elektronischen Konfiguration der Valenzschale. Bei chemischen Prozessen wählen wir möglichst Atome aus derselben Gruppe im Periodensystem Substituenten, und das ist nur plausibel, da diese Atome in der Schicht die gleiche elektronische Konfiguration haben der Valenz.
Zum chemische Bindungen, die zwischen Atomen auftreten, um ionische und kovalente Verbindungen (Moleküle) zu bilden, entstehen auch durch Wechselwirkungen zwischen den Elektrosphären von Atomen.
Lesen Sie auch: Schrödingers Atommodell – Methode zur Beschreibung des Atoms mithilfe der Quantenmechanik
Zusammenhang zwischen Elektrosphäre und Atomstruktur
Wie bereits erwähnt, umfasst die Elektrosphäre den Bereich des Atoms, in dem sich Elektronen befinden. Genauer gesagt befinden sich Elektronen in Atomorbitalen, deren Energie durch Quantenberechnungen definiert wird.
Die Elektrosphäre ist der größte Bereich der Atomstruktur, da der Atomkern sehr klein ist. Stellt man sich das Atom als Fußballstadion vor, entspräche der Kern einem Ball in der Mitte des Spielfelds, während der Rest des Stadions die Elektrosphäre wäre.
Dennoch, In Bezug auf die Masse trägt die Elektrosphäre nur wenig bei. Da die Masse der Elektronen etwa 1836-mal kleiner ist als die der Protonen und Neutronen, können wir sagen, dass fast die gesamte Masse des Atoms im Kern konzentriert ist.
Gelöste Übungen zur Elektrosphäre
Frage 1
(Facisb 2023) In Bohrs Modell für das Wasserstoffatom kann das Elektron nur bestimmte Bahnen einnehmen. Einige dieser Umlaufbahnen sind in der Abbildung dargestellt, wobei sich n auf die Energieniveaus bezieht, die das Elektron in jeder Umlaufbahn hat.
Bedenken Sie, dass sich das Elektron in einem Wasserstoffatom in der Umlaufbahn mit n = 5 befindet.
Nach dem Bohr-Modell gibt dieses Elektron nur dann Energie in Form elektromagnetischer Strahlung ab, wenn
(A) Machen Sie einen Übergang zu der Umlaufbahn, in der n gleich 6 ist.
(B) bleiben in der Umlaufbahn mit n = 5.
(C) Übergang zu einer beliebigen Umlaufbahn, in der n größer als 5 ist.
(D) Übergang zu einer beliebigen Umlaufbahn, in der n kleiner als 5 ist.
(E) wird aus dem Atom ausgestoßen und ionisiert es.
Antwort: Buchstabe D
Wenn sich ein Elektron in einer äußeren Hülle befindet, gibt es beim Zurückkehren in eine innere Hülle mit geringerer Energie überschüssige Energie in Form elektromagnetischer Strahlung (Licht) ab. Das Auftreten von Licht erfolgt daher nur dann, wenn das in n = 5 vorhandene Elektron einen Übergang in eine innere Schale vollzieht.
Frage 2
(Uerj 2019) Kürzlich gelang es Wissenschaftlern, metallischen Wasserstoff durch Komprimierung von molekularem Wasserstoff unter hohem Druck herzustellen. Die metallischen Eigenschaften dieses Elements sind die gleichen wie die der anderen Elemente in Gruppe 1 des Periodensystems.
Diese Ähnlichkeit hängt mit der energetischsten Unterebene dieser Elemente zusammen, die entspricht:
(A) k.A1
(B) k.A.2
(C) na3
(D) nf4
Antwort: Buchstabe A
Das Wasserstoffatom hat nur ein einziges Elektron, das sich in der ersten Ebene, der Unterebene „s“ (1s) befindet1). Ein Grund dafür, dass es in der Gruppe 1 des Periodensystems zu finden ist, liegt darin, dass alle anderen chemischen Elemente in dieser Gruppe Atome haben, deren Valenzschale vom gleichen Typ ist (ns1). Aufgrund einer ähnlichen Valenzschicht konnte Wasserstoff daher in dieser metallischen Form erzeugt werden.
Quellen:
DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. W.; CANTO, L. W. Chemie – im Alltag. 1. Hrsg. São Paulo: Moderna, 2021.
ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Prinzipien der Chemie: Leben und Umwelt in Frage stellen. 7. Hrsg. Porto Alegre: Bookman, 2018.
ATKINS, P.; DE PAULA, J.; KEELER, J. Atkins' physikalische Chemie. 11. Aufl. Oxford: Oxford University Press, 2018.
Möchten Sie diesen Text in einer schulischen oder wissenschaftlichen Arbeit referenzieren? Sehen:
NOVAIS, Stefano Araújo. „Elektrosphäre“; Brasilien-Schule. Verfügbar in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrosfera.htm. Abgerufen am 10. November 2023.
