A electrosferă este regiunea atomului în care electronii Ele sunt localizate. Electrosfera, mai exact, este compusă din orbitali atomici, determinați prin rezolvarea ecuației Schrödinger. Determinată mai întâi de modelul lui Rutherford, electrosfera a primit progrese semnificative în timpul validității modelului atomic al lui Bohr.
Electrosfera poate fi împărțită în straturi (sau niveluri de energie), deoarece electronii au energie definită (necontinuă). Pentru atomii cu doi sau mai mulți electroni, învelișurile se împart în subînvelișuri (sau subînvelișuri). Electrosfera este extrem de importantă pentru înțelegerea proprietăților atomului și înțelegerea formării legăturilor chimice.
Citeste si: Cum se împarte atomul?
Subiecte din acest articol
- 1 - Rezumatul electrosferei
- 2 - Lecție video despre electrosferă
- 3 - Ce este electrosfera?
- 4 - Straturi ale electrosferei
- 5 - Funcția electrosferei
- 6 - Relația dintre electrosferă și structura atomică
- 7 - Exerciții rezolvate pe electrosferă
Rezumat despre electrosferă
Electrosfera este regiunea atomului în care se află electronii.
Este compus din orbitali atomici, funcții de undă care sunt soluții ale ecuațiilor lui Schrödinger.
Conceptul său a început cu modelul lui Ernest Rutherford.
Electronii sunt reținuți în electrosferă datorită atracției lor față de nucleul atomic.
Principalele progrese în înțelegerea electrosferei au avut loc în timpul concepției modelului lui Niels Bohr.
Este compus din straturi (sau niveluri de energie), care sunt regiuni de energie definită.
Pentru atomii cu mai mult de un electron, învelișurile se împart în subînvelișuri (sau subînvelișuri).
Electrosfera este importantă pentru înțelegerea mai multor proprietăți, cum ar fi asemănarea atomică, stabilitatea, raza atomică, energia de ionizare, afinitatea electronică, pe lângă înțelegerea formării legăturilor chimicale.
Lecție video despre electrosferă
Ce este electrosfera?
Electrosfera este definită ca regiunea structurii atomice în care se află electronii. În interpretări mai aprofundate, spunem că este compus din orbitali atomici, funcții de undă care sunt soluții ale ecuației lui Schrödinger. Expresia matematică a unui orbital atomic, la pătrat, prezintă densitatea de probabilitate a locației electronului într-un punct dat.
O conceptul de electrosferă a început să apară odată cu Modelul atomic al lui Ernest Rutherford, care prezintă electroni care orbitează în jurul unui nucleu dens și pozitiv. Mai târziu, Niels Bohr a adus interpretări mai semnificative ale electrosferei prin amestecarea conceptelor din mecanica cuantică.
Nu te opri acum... Mai sunt dupa publicitate ;)
Straturi ale electrosferei
Electronii sunt reținuți în electrosferă datorită atracției lor față de nucleul atomic. Cu toate acestea, se știe că acestea electronii se află în învelișuri ale căror energii sunt bine definite. Astfel de straturi pot fi numite și niveluri de energie.
Această concluzie a venit în urma experimentelor de spectroscopie. De exemplu, atunci când un curent electric este aplicat gazului H2 La presiune scăzută, lumina este emisă de H2. În această stare, se formează ioni de H+ și electroni, care se vor întoarce la ionii de H+ și va forma specii excitate (energizate) de H+. Pentru a elimina excesul de energie, ionii H+ eliberează energie sub formă de radiație electromagnetică (lumină) și se recombină în gaz H2 din nou.
Poate vă amintiți că atunci când lumina albă trece printr-o prismă, aceasta se descompune într-un spectru continuu (asemănător cu un curcubeu); cu toate acestea, nu același lucru se întâmplă cu lumina care vine de la H2: atunci când o astfel de radiație trece prin prismă, în spectrul de emisie H sunt observate doar linii luminoase cu o lungime de undă definită2, cunoscut sub numele de linii spectrale.
Interpretarea pentru spectrele de emisie ale elementelor (cu linii spectrale bine definite) este aceea că un electron, într-un atom, nu poate prezenta nicio energie, ci mai degrabă în cantități bine definite (așa-numitele pachete de energie). Dacă electronii nu ar avea astfel de restricții energetice, spectrul de emisie al elementelor ar fi continuu, la fel ca cel al luminii albe care trece printr-o prismă.
Fiecare linie spectrală a unui element a devenit cunoscută ca nivel de energie. (sau strat, cum suntem mai obișnuiți să spunem). Aceste linii apar atunci când un electron trece de la un nivel de energie permis la altul, într-un proces de schimbare a energiei cunoscut sub numele de tranziție electronică.
În timpul tranziției electronice, electronul trece de la un nivel de energie mai scăzut la un nivel de energie mai înalt. Când revine la nivelul său inițial, emite exces de energie prin radiație electromagnetică (lumină), dând origine la linia spectrală a cărei valoare energetică emisă este proporțională cu o valoare definită prin ecuația lui Rydberg.
Johannes Rydberg a fost un spectroscopist suedez care a creat o ecuație pentru a defini tendința liniilor spectrale pe baza lucrărilor profesorului elvețian Johann Balmer. Energia specifică a fiecărui strat este definită prin rezolvarea ecuației Schrödinger corespunzătoare.
Fiecare strat electronic are un număr de electroni permis. În prezent, sunt definite șapte straturi electronice, identificate prin literele K la Q, în ordine alfabetică, sau prin litera n, unde n ≥ 1. Astfel, stratul K este stratul în care n = 1 și așa mai departe. Numărul de electroni permisi pe înveliș este prezentat în tabelul următor.
Nivel de energie |
Strat |
Numărul maxim de electroni |
1 |
K |
2 |
2 |
L |
8 |
3 |
M |
18 |
4 |
N |
32 |
5 |
O |
32 |
6 |
P |
18 |
7 |
Q |
8 |
Pentru atomii hidrogenoizi (cu doar 1 electron, cum ar fi H, He+, Li2+), toți orbitalii atomici au aceeași energie (le numim orbitali degenerați); totuși, la atomii cu doi sau mai mulți electroni, apare un efect foarte important, repulsia electron-electron. Consecința acestui fapt este că orbitalii fiecărui strat încep să aibă energii diferite și, prin urmare, straturile încep să fie descrise ca substraturi (sau subniveluri).
Pentru atomii actuali, fiecare strat poate fi descompus în până la patru subniveluri, reprezentată prin literele „s” (din engleză, ascuțit), „p” (din engleză, principal), „d” (din engleză, difuziune) și „f” (din engleză, fundamental).
Fiecare subnivel acceptă un număr maxim de electroni, definit prin calcule și experimente. Subnivelul „s” suportă până la 2 electroni; subnivelul „p”, până la 6 electroni; subnivelul „d”, până la 10 electroni; și subnivelul „f”, până la 14 electroni. Stratul K este singurul care permite doar un singur orbital și, prin urmare, are doar un singur subnivel.
Nivel de energie |
Strat |
Subniveluri |
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 |
Funcția electrosferei
Electrosfera fiecărui atom poate fi folosit pentru a explica diferite proprietăți și comportamente ale atomului.
Proprietăți precum raza atomică, raza ionică, energia de ionizare și afinitatea electronică au valori care sunt o consecință directă a configurației electronice a electrosferei, mai precis a numită coajă de valență, care este de fapt capacul electronic ocupat cel mai exterior al unui atom sau ion.
A asemănarea dintre atomii din aceeași grupă din Tabelul Periodic este, de asemenea, o consecință a configurației electronice a învelișului de valență. În procesele chimice, alegem atomi din aceeași grupă pe Tabelul Periodic pe cât posibil substituenți, iar acest lucru este doar plauzibil, deoarece acești atomi au aceeași configurație electronică în strat de valenţă.
La legături chimice, care apar între atomi pentru a forma compuși (molecule) ionici și covalenti, apar și prin interacțiuni între electrosferele atomilor.
Citeste si tu: Modelul atomic al lui Schrödinger — mod de a descrie atomul folosind mecanica cuantică
Relația dintre electrosferă și structura atomică
După cum sa menționat, electrosfera cuprinde regiunea atomului în care pot fi găsiți electronii. Electronii, mai precis, sunt localizați în orbitalii atomici, care au energie definită prin calcule cuantice.
Electrosfera este cea mai mare regiune a structurii atomice, deoarece nucleul unui atom este foarte mic. Gândind atomul ca pe un stadion de fotbal, nucleul ar corespunde unei mingi în centrul terenului, în timp ce restul stadionului ar fi electrosfera.
Cu toate acestea, din punct de vedere al masei, electrosfera contribuie putin. Deoarece masa electronilor este de aproximativ 1836 de ori mai mică decât cea a protonilor și neutronilor, putem spune că aproape toată masa atomului este concentrată în nucleu.
Exerciții rezolvate pe electrosferă
Intrebarea 1
(Facisb 2023) În modelul lui Bohr pentru atomul de hidrogen, electronul poate ocupa doar anumite orbite. Unele dintre aceste orbite sunt reprezentate în figură, unde n se referă la nivelurile de energie pe care electronul le are pe fiecare orbită.
Luați în considerare că, într-un atom de hidrogen, electronul se află pe orbită unde n = 5.
Conform modelului Bohr, acest electron va emite energie sub formă de radiație electromagnetică numai atunci când
(A) faceți o tranziție către orbita în care n este egal cu 6.
(B) rămâne pe orbită unde n = 5.
(C) tranziție pe orice orbită în care n este mai mare decât 5.
(D) tranziție pe orice orbită în care n este mai mic de 5.
(E) este ejectat din atom, ionizându-l.
Răspuns: litera D
Când un electron se află într-o înveliș exterioară, la întoarcerea într-o înveliș interioară cu energie mai mică, eliberează excesul de energie sub formă de radiație electromagnetică (lumină). Prin urmare, apariția luminii va avea loc numai atunci când electronul prezent în n = 5 face o tranziție către o înveliș interioară.
intrebarea 2
(Uerj 2019) Recent, oamenii de știință au reușit să producă hidrogen metalic prin comprimarea hidrogenului molecular la presiune ridicată. Proprietățile metalice ale acestui element sunt aceleași cu celelalte elemente din grupa 1 a tabelului de clasificare periodică.
Această asemănare este legată de cel mai energetic subnivel al acestor elemente, care corespunde cu:
(A) ns1
(B) n.p.2
(C) na3
(D) nf4
Răspuns: litera A
Atomul de hidrogen are un singur electron, care este situat la primul nivel, subnivelul „s” (1s1). Un motiv pentru care se găsește în grupa 1 din Tabelul Periodic este că toate celelalte elemente chimice din acest grup au atomi a căror înveliș de valență este de același tip (ns1). Prin urmare, datorită unui strat de valență similar, hidrogenul a putut fi produs în această formă metalică.
Surse:
DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. W.; CANTO, L. W. Chimia – în viața de zi cu zi. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.
ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Principiile chimiei: chestionarea vieții și a mediului. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.
ATKINS, P.; DE PAULA, J.; KEELER, J. Chimia fizică a lui Atkins. 11 ed. Oxford: Oxford University Press, 2018.
Doriți să faceți referire la acest text într-o lucrare școlară sau academică? Uite:
NOVAIS, Stéfano Araújo. „Electrosferă”; Școala din Brazilia. Disponibil in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrosfera.htm. Accesat pe 10 noiembrie 2023.
