A elektrosfäär on aatomi piirkond, milles elektronid Need asuvad. Elektrosfäär, täpsemalt, koosneb aatomiorbitaalidest, mis määratakse kindlaks Schrödingeri võrrandi lahendamisega. Esmalt Rutherfordi mudeli järgi kindlaks tehtud elektrosfäär saavutas Bohri aatomimudeli kehtivuse ajal olulisi edusamme.
Elektrosfääri saab jagada kihtideks (või energiatasemeteks), kuna elektronidel on määratletud (mittepidev) energia. Kahe või enama elektroniga aatomite puhul jagunevad kestad alamkesteks (või alamkestdeks). Elektrosfäär on äärmiselt oluline aatomi omaduste mõistmiseks ja keemiliste sidemete tekke mõistmiseks.
Loe ka: Kuidas aatom jaguneb?
Kokkuvõte elektrosfäärist
Elektrosfäär on aatomi piirkond, milles elektronid asuvad.
See koosneb aatomiorbitaalidest, lainefunktsioonidest, mis on Schrödingeri võrrandite lahendused.
Selle kontseptsioon sai alguse Ernest Rutherfordi mudelist.
Elektrone hoitakse elektrosfääris tänu nende külgetõmbele aatomituumale.
Peamised edusammud elektrosfääri mõistmisel toimusid Niels Bohri mudeli väljatöötamise ajal.
See koosneb kihtidest (või energiatasemetest), mis on määratletud energiaga piirkonnad.
Rohkem kui ühe elektroniga aatomite puhul jagunevad kestad alamkesteks (või alamkestdeks).
Elektrosfäär on oluline mitmete omaduste mõistmiseks, nagu aatomi sarnasus, stabiilsus, aatomiraadius, ionisatsioonienergia, elektronide afiinsus, lisaks sidemete moodustumise mõistmine kemikaalid.
Elektrosfääri videotund
Mis on elektrosfäär?
Elektrosfäär on määratletud kui aatomistruktuuri piirkond, milles elektronid paiknevad. Põhjalikumates tõlgendustes ütleme, et see koosneb aatomiorbitaalidest, lainefunktsioonidest, mis on Schrödingeri võrrandi lahendused. Aatomiorbitaali matemaatiline avaldis ruudus esitab elektroni asukoha tõenäosustiheduse antud punktis.
O Elektrosfääri mõiste hakkas tekkima koos Ernest Rutherfordi aatomimudel, millel on tiheda positiivse tuuma ümber tiirlevad elektronid. Hiljem tõi Niels Bohr kvantmehaanika mõisteid segades elektrosfääri olulisemaid tõlgendusi.
Elektrosfääri kihid
Elektrone hoitakse elektrosfääris tänu nende külgetõmbele aatomituumale. Samas on teada, et need elektronid on kestades, mille energia on täpselt määratletud. Selliseid kihte võib nimetada ka energiatasemeteks.
See järeldus tehti pärast spektroskoopilisi katseid. Näiteks kui gaasile H rakendatakse elektrivoolu2 Madala rõhu korral kiirgab valgust H2. Selles seisundis moodustuvad H-ioonid+ ja elektronid, mis naasevad H-ioonideks+ ja moodustavad ergastatud (energiaga) H liigid+. Üleliigse energia leevendamiseks H-ioonid+ vabastavad energiat elektromagnetkiirguse (valguse) kujul ja ühendavad uuesti H-gaasiks2 uuesti.
Võib-olla mäletate, et kui valge valgus läbib prismat, laguneb see pidevaks spektriks (sarnaselt vikerkaarega); sama ei juhtu aga H-st tuleva valgusega2: kui selline kiirgus läbib prismat, täheldatakse H emissioonispektris ainult kindla lainepikkusega eredaid jooni2, mida tuntakse spektrijoontena.
Elementide emissioonispektrite (hästi määratletud spektrijoontega) tõlgendus on järgmine elektron, aatomis, ei saa esitada mingit energiat, vaid pigem täpselt määratletud kogustes (nn energiapaketid). Kui elektronidel selliseid energeetilisi piiranguid ei oleks, oleks elementide emissioonispekter pidev, täpselt nagu prismat läbival valgel valgusel.
Iga elemendi spektraaljoont hakati nimetama energiatasemeks. (või kiht, nagu oleme rohkem harjunud ütlema). Need jooned tekivad siis, kui elektron liigub ühelt lubatud energiatasemelt teisele energia muutumise protsessis, mida nimetatakse elektrooniliseks üleminekuks.
Elektroonilise ülemineku käigus läheb elektron madalamalt energiatasemelt kõrgemale energiatasemele. Algtasemele naastes kiirgab see elektromagnetkiirguse (valguse) kaudu üleliigset energiat, andes lähtepunktist spektrijoonest, mille väljastatav energiaväärtus on võrdeline võrrandiga määratletud väärtusega Rydberg.
Johannes Rydberg oli Rootsi spektroskoop, kes lõi Šveitsi professori Johann Balmeri töö põhjal võrrandi spektrijoonte trendi määratlemiseks. Iga kihi erienergia määratakse sobiva Schrödingeri võrrandi lahendamisega.
Igal elektroonilisel kihil on lubatud elektronide arv. Praegu on määratletud seitse elektroonilist kihti, mis on tähistatud tähtedega K kuni Q tähestikulises järjekorras või tähega n, kus n ≥ 1. Seega on kiht K kiht, kus n = 1 jne. Ühe kesta kohta lubatud elektronide arv on näidatud järgmises tabelis.
Energiatase |
Kiht |
Maksimaalne elektronide arv |
1 |
K |
2 |
2 |
L |
8 |
3 |
M |
18 |
4 |
N |
32 |
5 |
O |
32 |
6 |
P |
18 |
7 |
K |
8 |
Hüdrogenoidi aatomite jaoks (ainult 1 elektroniga, näiteks H, He+, Li2+), on kõigil aatomiorbitaalidel sama energia (nimetame neid degenereerunud orbitaalideks); kahe või enama elektroniga aatomites tekib aga väga oluline efekt, elektron-elektron tõukejõud. Selle fakti tagajärg on see, et iga kihi orbitaalid hakkavad omama erinevat energiat ja seetõttu hakatakse kihte kirjeldama alamkihtidena (või alamtasanditena).
Praeguste aatomite puhul saab iga kihi lagundada kuni neljaks alamtasandiks, mida tähistavad tähed "s" (inglise keelest, terav), "p" (inglise keelest, peamine), "d" (inglise keelest, difuusne) ja "f" (inglise keelest, põhiline).
Iga alamtase toetab arvutuste ja katsetega määratletud maksimaalset arvu elektrone. "s" alamtase toetab kuni 2 elektroni; alamtase "p", kuni 6 elektroni; alamtase d, kuni 10 elektroni; ja "f" alamtase, kuni 14 elektroni. K-kiht on ainus, mis võimaldab ainult ühte orbitaali ja seetõttu on sellel ainult üks alamtase.
Energiatase |
Kiht |
Alamtasandid |
1 |
K |
1s |
2 |
L |
2s, 2p |
3 |
M |
3s, 3p, 3d |
4 |
N |
4s, 4p, 4d, 4f |
5 |
O |
5s, 5p, 5d, 5f |
6 |
P |
6s, 6p, 6d |
7 |
K |
7s, 7p |
Elektrosfääri funktsioon
Iga aatomi elektrosfäär saab kasutada aatomi erinevate omaduste ja käitumise selgitamiseks.
Sellistel omadustel nagu aatomi raadius, iooniraadius, ionisatsioonienergia ja elektronide afiinsus on väärtused, mis tulenevad otseselt elektrosfääri elektroonilisest konfiguratsioonist, täpsemalt nimetatakse valentskestaks, mis on tegelikult aatomi või iooni äärepoolseim hõivatud elektrooniline kest.
A Perioodilise tabeli samasse rühma kuuluvate aatomite sarnasus on samuti elektroonilise konfiguratsiooni tagajärg valentskestast. Keemilistes protsessides valime perioodilise tabeli aatomid võimalikult samast rühmast asendajad ja see on ainult usutav, kuna neil aatomitel on kihis sama elektrooniline konfiguratsioon valentsusest.
Et keemilised sidemed, mis tekivad aatomite vahel ioonsete ja kovalentsete ühendite (molekulide) moodustamiseks, toimuvad ka aatomite elektrosfääride vastastikmõjude kaudu.
Loe ka: Schrödingeri aatomimudel — viis aatomi kirjeldamiseks kvantmehaanika abil
Elektrosfääri ja aatomi struktuuri seos
Nagu märgitud, hõlmab elektrosfäär aatomi piirkonda, kus elektrone võib leida. Täpsemalt, elektronid asuvad aatomiorbitaalidel, mille energia on määratletud kvantarvutustega.
Elektrosfäär on aatomistruktuuri suurim piirkond, kuna aatomi tuum on väga väike. Mõeldes aatomile kui jalgpallistaadionile, vastaks tuum väljaku keskel olevale pallile, ülejäänud staadion aga elektrokera.
Sellest hoolimata, massi osas annab elektrosfäär vähe kaasa. Kuna elektronide mass on umbes 1836 korda väiksem kui prootonitel ja neutronitel, siis võib öelda, et peaaegu kogu aatomi mass on koondunud tuuma.
Lahendas harjutusi elektrosfääril
küsimus 1
(Facisb 2023) Bohri vesinikuaatomi mudelis võib elektron hõivata ainult teatud orbiite. Mõned neist orbiitidest on kujutatud joonisel, kus n viitab energiatasemetele, mis elektronil igal orbiidil on.
Mõelge, et vesinikuaatomis on elektron orbiidil, kus n = 5.
Bohri mudeli kohaselt kiirgab see elektron elektromagnetilise kiirguse kujul energiat ainult siis, kui
(A) tehke üleminek orbiidile, kus n on 6.
(B) jäävad orbiidile, kus n = 5.
(C) üleminek mis tahes orbiidile, kus n on suurem kui 5.
(D) üleminek mis tahes orbiidile, kus n on väiksem kui 5.
(E) väljutatakse aatomist, ioniseerides selle.
Vastus: D-täht
Kui elektron on väliskestas, siis naastes madalama energiaga sisemisse kesta vabastab see üleliigse energia elektromagnetilise kiirguse (valguse) kujul. Seetõttu ilmneb valgus ainult siis, kui n = 5 olev elektron läheb üle sisemisele kestale.
2. küsimus
(Uerj 2019) Hiljuti õnnestus teadlastel toota metallilist vesinikku, surudes molekulaarset vesinikku kõrge rõhu all kokku. Selle elemendi metallilised omadused on samad, mis perioodilise klassifikatsiooni tabeli 1. rühma teistel elementidel.
See sarnasus on seotud nende elementide kõige energilisema alamtasandiga, mis vastab:
(A) ns1
(B) n.p.2
(C) ei3
(D) nf4
Vastus: A-täht
Vesinikuaatomil on ainult üks elektron, mis asub esimesel tasemel, alamtasandil “s” (1s1). Üks põhjus, miks seda leidub perioodilise tabeli 1. rühmas, on see, et kõigis teistes selle rühma keemilistes elementides on aatomid, mille valentskest on sama tüüpi (ns1). Seetõttu suudeti sarnase valentskihi tõttu toota vesinikku sellisel metallilisel kujul.
Allikad:
DO CANTTO, E. L.; LEITE, L. L. W.; CANTO, L. W. Keemia – igapäevaelus. 1. toim. São Paulo: kaasaegne, 2021.
ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Keemia põhimõtted: elu ja keskkonna kahtluse alla seadmine. 7. toim. Porto Alegre: Bookman, 2018.
ATKINS, P.; DE PAULA, J.; KEELER, J. Atkinsi füüsikaline keemia. 11 ed. Oxford: Oxford University Press, 2018.
