EN elektrosfære er området av atomet der elektronene De ligger. Elektrosfæren, mer presist, er sammensatt av atomorbitaler, bestemt ved å løse Schrödinger-ligningen. Først bestemt av Rutherfords modell, fikk elektrosfæren betydelige fremskritt under gyldigheten av Bohrs atommodell.
Elektrosfæren kan deles inn i lag (eller energinivåer), ettersom elektroner har definert (ikke-kontinuerlig) energi. For atomer med to eller flere elektroner deler skjellene seg i underskall (eller underskall). Elektrosfæren er ekstremt viktig for å forstå egenskapene til atomet og forstå dannelsen av kjemiske bindinger.
Les også: Hvordan er atomet delt?
Sammendrag om elektrosfæren
Elektrosfæren er området av atomet der elektronene befinner seg.
Den er sammensatt av atomorbitaler, bølgefunksjoner som er løsninger på Schrödingers ligninger.
Konseptet begynte med modellen til Ernest Rutherford.
Elektroner holdes i elektrosfæren på grunn av deres tiltrekning til atomkjernen.
De viktigste fremskrittene i å forstå elektrosfæren skjedde under unnfangelsen av Niels Bohrs modell.
Den er sammensatt av lag (eller energinivåer), som er regioner med definert energi.
For atomer med mer enn ett elektron deler skjellene seg i underskall (eller underskall).
Elektrosfæren er viktig for å forstå flere egenskaper, som atomlikhet, stabilitet, atomradius, ioniseringsenergi, elektronaffinitet, i tillegg til å forstå dannelsen av bindinger kjemikalier.
Video leksjon om elektrosfære
Hva er elektrosfæren?
Elektrosfæren er definert som området i atomstrukturen der elektronene befinner seg. I mer dyptgående tolkninger sier vi at den er satt sammen av atomorbitaler, bølgefunksjoner som er løsninger på Schrödingers ligning. Det matematiske uttrykket for en atomorbital, når kvadratet, presenterer sannsynlighetstettheten for elektronets plassering ved et gitt punkt.
O begrepet elektrosfære begynte å dukke opp med Ernest Rutherfords atommodell, som har elektroner som kretser rundt en tett, positiv kjerne. Senere brakte Niels Bohr mer betydningsfulle tolkninger av elektrosfæren ved å blande konsepter fra kvantemekanikk.
Lag av elektrosfæren
Elektroner holdes i elektrosfæren på grunn av deres tiltrekning til atomkjernen. Det er imidlertid kjent at disse elektroner er i skjell hvis energier er godt definert. Slike lag kan også kalles energinivåer.
Denne konklusjonen kom etter spektroskopieksperimenter. For eksempel når en elektrisk strøm påføres gass H2 Ved lavt trykk sendes lys ut av H2. I denne tilstanden dannes H-ioner+ og elektroner, som vil returnere til H-ionene+ og vil danne spente (energiserte) arter av H+. For å lindre overflødig energi, H ioner+ frigjøre energi i form av elektromagnetisk stråling (lys) og rekombinere til H-gass2 en gang til.
Du husker kanskje at når hvitt lys passerer gjennom et prisme, brytes det ned i et kontinuerlig spekter (ligner på en regnbue); det samme skjer imidlertid ikke med lyset som kommer fra H2: når slik stråling passerer gjennom prismet, observeres bare lyse linjer med en definert bølgelengde i H-emisjonsspekteret2, kjent som spektrallinjer.
Tolkningen for emisjonsspektrene til elementene (med veldefinerte spektrallinjer) er at et elektron, i et atom, kan ikke presentere noen energi, men heller i veldefinerte mengder (såkalte energipakker). Hvis elektroner ikke hadde slike energetiske begrensninger, ville emisjonsspekteret til elementene vært kontinuerlig, akkurat som det hvite lyset som passerer gjennom et prisme.
Hver spektrallinje i et element ble kjent som et energinivå. (eller lag, som vi er mer vant til å si). Disse linjene oppstår når et elektron går fra ett tillatt energinivå til et annet, i en prosess med energiendring kjent som en elektronisk overgang.
Under den elektroniske overgangen går elektronet fra et lavere energinivå til et høyere energinivå. Når den går tilbake til det opprinnelige nivået, sender den ut overflødig energi gjennom elektromagnetisk stråling (lys), som gir opprinnelse til spektrallinjen hvis energiverdi som sendes ut er proporsjonal med en verdi definert av ligningen til Rydberg.
Johannes Rydberg var en svensk spektroskopist som laget en ligning for å definere trenden til spektrallinjer basert på arbeidet til den sveitsiske professoren Johann Balmer. Den spesifikke energien til hvert lag er definert ved å løse den passende Schrödinger-ligningen.
Hvert elektronisk lag har et antall elektroner tillatt. For øyeblikket er syv elektroniske lag definert, identifisert med bokstavene K til Q, i alfabetisk rekkefølge, eller med bokstaven n, hvor n ≥ 1. Lag K er altså laget der n = 1, og så videre. Antall elektroner tillatt per skall er vist i følgende tabell.
Energinivå |
Lag |
Maksimalt antall elektroner |
1 |
K |
2 |
2 |
L |
8 |
3 |
M |
18 |
4 |
N |
32 |
5 |
O |
32 |
6 |
P |
18 |
7 |
Q |
8 |
For hydrogenoidatomer (med bare 1 elektron, for eksempel H, He+, Li2+), alle atomorbitaler har samme energi (vi kaller dem degenererte orbitaler); i atomer med to eller flere elektroner oppstår imidlertid en svært viktig effekt, elektron-elektron-frastøting. Konsekvensen av dette faktum er at orbitalene til hvert lag begynner å ha forskjellige energier, og derfor begynner lagene å bli beskrevet som underlag (eller undernivåer).
For nåværende atomer kan hvert lag dekomponeres i opptil fire undernivåer, representert med bokstavene "s" (fra engelsk, skarp), "p" (fra engelsk, hoved-), "d" (fra engelsk, diffuse) og "f" (fra engelsk, fundamental).
Hvert undernivå støtter et maksimalt antall elektroner, definert av beregninger og eksperimenter. "s"-undernivået støtter opptil 2 elektroner; "p" undernivået, opptil 6 elektroner; "d" undernivået, opptil 10 elektroner; og "f" undernivå, opptil 14 elektroner. K-laget er det eneste som bare tillater en enkelt orbital og har derfor bare et enkelt undernivå.
Energinivå |
Lag |
Undernivåer |
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 |
Q |
7s, 7p |
Funksjonen til elektrosfæren
Elektrosfæren til hvert atom kan brukes til å forklare ulike egenskaper og oppførsel til atomet.
Egenskaper som atomradius, ionisk radius, ioniseringsenergi og elektronaffinitet har verdier som er en direkte konsekvens av den elektroniske konfigurasjonen av elektrosfæren, mer spesifikt kalt valensskjell, som faktisk er det ytterste okkuperte elektroniske skallet til et atom eller ion.
EN likhet mellom atomer fra samme gruppe i det periodiske system er også en konsekvens av den elektroniske konfigurasjonen av valensskallet. I kjemiske prosesser velger vi atomer fra samme gruppe i det periodiske systemet som mulig substituenter, og dette er bare plausibelt, da disse atomene har samme elektroniske konfigurasjon i laget av valens.
Til kjemiske bindinger, som oppstår mellom atomer for å danne ioniske og kovalente forbindelser (molekyler), oppstår også gjennom interaksjoner mellom elektrosfærene til atomer.
Les også: Schrödingers atommodell - måte å beskrive atomet ved hjelp av kvantemekanikk
Forholdet mellom elektrosfæren og atomstrukturen
Som nevnt omfatter elektrosfæren området av atomet der elektroner kan finnes. Elektroner, mer spesifikt, er lokalisert i atomorbitaler, som har energi definert av kvanteberegninger.
Elektrosfæren er den største delen av atomstrukturen, siden kjernen til et atom er veldig liten. Når man tenker på atomet som en fotballstadion, ville kjernen tilsvare en ball i midten av banen, mens resten av stadion ville være elektrosfæren.
Ikke desto mindre, når det gjelder masse, bidrar elektrosfæren lite. Ettersom massen av elektroner er omtrent 1836 ganger mindre enn den til protoner og nøytroner, kan vi si at nesten hele atomets masse er konsentrert i kjernen.
Løste øvelser på elektrosfæren
Spørsmål 1
(Facisb 2023) I Bohrs modell for hydrogenatomet kan elektronet kun okkupere visse baner. Noen av disse banene er representert i figuren, der n refererer til energinivåene som elektronet har i hver bane.
Tenk på at i et hydrogenatom er elektronet i bane der n = 5.
I følge Bohr-modellen vil dette elektronet sende ut energi i form av elektromagnetisk stråling bare når
(A) gjør en overgang til banen der n er lik 6.
(B) forbli i bane der n = 5.
(C) overgang til en hvilken som helst bane der n er større enn 5.
(D) overgang til en hvilken som helst bane der n er mindre enn 5.
(E) blir kastet ut fra atomet, og ioniserer det.
Svar: Bokstav D
Når et elektron er i et ytre skall, ved retur til et indre skall med lavere energi, frigjør det overflødig energi i form av elektromagnetisk stråling (lys). Derfor vil forekomsten av lys bare skje når elektronet som er tilstede i n = 5, gjør en overgang til et indre skall.
Spørsmål 2
(Uerj 2019) Nylig klarte forskere å produsere metallisk hydrogen ved å komprimere molekylært hydrogen under høyt trykk. De metalliske egenskapene til dette grunnstoffet er de samme som de andre grunnstoffene i gruppe 1 i den periodiske klassifiseringstabellen.
Denne likheten er relatert til det mest energiske undernivået av disse elementene, som tilsvarer:
(A) ns1
(B) n.p.2
(C) na3
(D) nf4
Svar: Bokstav A
Hydrogenatomet har bare et enkelt elektron, som er plassert i første nivå, undernivå "s" (1s1). En grunn til at den finnes i gruppe 1 i det periodiske system er fordi alle andre kjemiske grunnstoffer i denne gruppen har atomer hvis valensskal er av samme type (ns).1). Derfor, på grunn av et lignende valenslag, kunne hydrogen produseres i denne metalliske formen.
Kilder:
DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. W.; CANTO, L. W. Kjemi – i hverdagen. 1. utg. São Paulo: Moderna, 2021.
ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Kjemiprinsipper: Stille spørsmål ved liv og miljø. 7. utg. Porto Alegre: Bookman, 2018.
ATKINS, P.; DE PAULA, J.; KEELER, J. Atkins fysiske kjemi. 11 utg. Oxford: Oxford University Press, 2018.
