А електросфера је област атома у којој електрона Они се налазе. Електросфера је, тачније, састављена од атомских орбитала, одређених решавањем Шредингерове једначине. Прво утврђено Радерфордовим моделом, електросфера је значајно напредовала током важења Боровог атомског модела.
Електросфера се може поделити на слојеве (или енергетске нивое), пошто електрони имају дефинисану (неконтинуалну) енергију. За атоме са два или више електрона, љуске се деле на подљуске (или подљуске). Електросфера је изузетно важна за разумевање особина атома и разумевање формирања хемијских веза.
Прочитајте такође: Како се атом дели?
Резиме о електросфери
Електросфера је област атома у којој се налазе електрони.
Састоји се од атомских орбитала, таласних функција које су решења Шредингерових једначина.
Њен концепт је започео моделом Ернеста Радерфорда.
Електрони се држе у електросфери због њихове привлачности за атомско језгро.
Главни напредак у разумевању електросфере догодио се током концепције модела Ниелса Бора.
Састоји се од слојева (или енергетских нивоа), који су региони дефинисане енергије.
За атоме са више од једног електрона, љуске се деле на подљуске (или подљуске).
Електросфера је важна за разумевање неколико својстава, као што су сличност атома, стабилност, атомски радијус, енергија јонизације, афинитет електрона, поред разумевања формирања веза хемикалије.
Видео лекција о електросфери
Шта је електросфера?
Електросфера се дефинише као област атомске структуре у којој се налазе електрони. У дубљим тумачењима, кажемо да се састоји од атомских орбитала, таласних функција које су решења Шредингерове једначине. Математички израз атомске орбитале, када је на квадрат, представља густину вероватноће локације електрона у датој тачки.
О концепт електросфере је почео да се јавља са Атомски модел Ернеста Радерфорда, који садржи електроне који круже око густог, позитивног језгра. Касније је Ниелс Бор донео значајнија тумачења електросфере мешањем концепата из квантне механике.
Слојеви електросфере
Електрони се држе у електросфери због њихове привлачности за атомско језгро. Међутим, познато је да ови електрони су у шкољкама чије су енергије добро дефинисане. Такви слојеви се такође могу назвати енергетским нивоима.
Овај закључак је дошао након експеримената спектроскопије. На пример, када се електрична струја примени на гас Х2 При ниском притиску, светлост емитује Х2. У овом стању настају Х јони+ и електрона, који ће се вратити у Х јоне+ и формираће узбуђене (енергетске) врсте Х+. Да би се ослободио вишка енергије, Х јони+ ослобађају енергију у виду електромагнетног зрачења (светлости) и рекомбинују у Х гас2 опет.
Можда се сећате да када бела светлост прође кроз призму, она се распада у континуирани спектар (слично дуги); међутим, исто се не дешава са светлошћу која долази из Х2: када такво зрачење прође кроз призму, само светле линије са дефинисаном таласном дужином се примећују у спектру Х емисије2, познате као спектралне линије.
Интерпретација за емисионе спектре елемената (са добро дефинисаним спектралним линијама) је да електрон, у атому, не може представљати никакву енергију, већ у добро дефинисаним количинама (тзв. енергетски пакети). Да електрони немају таква енергетска ограничења, емисиони спектар елемената би био непрекидан, баш као код беле светлости која пролази кроз призму.
Свака спектрална линија елемента постала је позната као енергетски ниво. (или слој, како смо навикли да кажемо). Ове линије настају када електрон прелази са једног дозвољеног енергетског нивоа на други, у процесу промене енергије познатом као електронски прелаз.
Током електронске транзиције, електрон прелази са нижег енергетског нивоа на виши енергетски ниво. Када се враћа на почетни ниво, емитује вишак енергије путем електромагнетног зрачења (светлости), дајући порекло спектралне линије чија је вредност енергије која се емитује пропорционална вредности дефинисаној једначином Ридберг.
Јоханес Ридберг је био шведски спектроскописта који је створио једначину за дефинисање тренда спектралних линија на основу рада швајцарског професора Јохана Балмера. Специфична енергија сваког слоја је дефинисана решавањем одговарајуће Шредингерове једначине.
Сваки електронски слој има дозвољени број електрона. Тренутно је дефинисано седам електронских слојева, идентификованих словима К до К, по абецедном реду, или словом н, где је н ≥ 1. Дакле, слој К је слој где је н = 1, и тако даље. Дозвољени број електрона по љусци приказан је у следећој табели.
Енергетски ниво |
Слој |
Максимални број електрона |
1 |
К |
2 |
2 |
Л |
8 |
3 |
М |
18 |
4 |
Н |
32 |
5 |
О |
32 |
6 |
П |
18 |
7 |
П |
8 |
За хидрогеноидне атоме (са само 1 електроном, као што су Х, Хе+, Ли2+), све атомске орбитале имају исту енергију (зовемо их дегенерисане орбитале); међутим, код атома са два или више електрона јавља се веома важан ефекат, одбијање електрон-електрона. Последица ове чињенице је да орбитале сваког слоја почињу да имају различите енергије и, према томе, слојеви почињу да се описују као подслојеви (или поднивои).
За тренутне атоме, сваки слој се може разложити на до четири поднивоа, представљен словима "с" (из енглеског, оштар), „п“ (са енглеског, главни), „д“ (са енглеског, дифузно) и „ф“ (са енглеског, фундаментални).
Сваки подниво подржава максималан број електрона, дефинисан прорачунима и експериментима. Подниво "с" подржава до 2 електрона; "п" подниво, до 6 електрона; "д" подниво, до 10 електрона; и "ф" подниво, до 14 електрона. К слој је једини који дозвољава само једну орбиталу и, према томе, има само један подниво.
Енергетски ниво |
Слој |
Поднивои |
1 |
К |
1с |
2 |
Л |
2с, 2п |
3 |
М |
3с, 3п, 3д |
4 |
Н |
4с, 4п, 4д, 4ф |
5 |
О |
5с, 5п, 5д, 5ф |
6 |
П |
6с, 6п, 6д |
7 |
П |
7с, 7п |
Функција електросфере
Електросфера сваког атома може се користити за објашњење различитих својстава и понашања атома.
Својства као што су атомски радијус, јонски радијус, енергија јонизације и афинитет електрона имају вредности које су директна последица електронске конфигурације електросфере, тачније названа валентна љуска, што је заправо најудаљенија заузета електронска љуска атома или јона.
А сличност између атома из исте групе у периодном систему такође је последица електронске конфигурације валентне љуске. У хемијским процесима бирамо атоме из исте групе колико је то могуће у периодном систему супституенти, а то је једино могуће, пошто ови атоми имају исту електронску конфигурацију у слоју од валенције.
До хемијске везе, који се јављају између атома да би формирали јонска и ковалентна једињења (молекуле), такође се јављају кроз интеракције између електросфера атома.
Прочитај и ти: Сцхродингеров атомски модел — начин описивања атома помоћу квантне механике
Однос електросфере и структуре атома
Као што је наведено, електросфера обухвата област атома у којој се могу наћи електрони. Тачније, електрони се налазе у атомским орбиталама, које имају енергију дефинисану квантним прорачунима.
Електросфера је највећа област атомске структуре, пошто је језгро атома веома мало. Размишљајући о атому као о фудбалском стадиону, језгро би одговарало лопти у центру терена, док би остатак стадиона био електросфера.
ипак, у смислу масе, електросфера мало доприноси. Како је маса електрона око 1836 пута мања од масе протона и неутрона, можемо рећи да је скоро сва маса атома концентрисана у језгру.
Решене вежбе о електросфери
Питање 1
(Фацисб 2023) У Боровом моделу за атом водоника, електрон може да заузима само одређене орбите. Неке од ових орбита су представљене на слици, где се н односи на нивое енергије које електрон има у свакој орбити.
Узмите у обзир да је у атому водоника електрон у орбити где је н = 5.
Према Боровом моделу, овај електрон ће емитовати енергију у облику електромагнетног зрачења само када
(А) извршите прелаз у орбиту у којој је н једнако 6.
(Б) остају у орбити где је н = 5.
(Ц) прелазак на било коју орбиту у којој је н веће од 5.
(Д) прелазак на било коју орбиту у којој је н мање од 5.
(Е) се избацује из атома, јонизујући га.
Одговор: Писмо Д
Када се електрон налази у спољашњој љусци, по повратку у унутрашњу љуску са нижом енергијом, ослобађа вишак енергије у облику електромагнетног зрачења (светлости). Према томе, појава светлости ће се десити само када електрон присутан у н = 5 направи прелаз у унутрашњу шкољку.
Питање 2
(Уерј 2019) Недавно су научници успели да произведу метални водоник компресијом молекуларног водоника под високим притиском. Метална својства овог елемента су иста као и остали елементи у групи 1 периодичне табеле класификације.
Ова сличност је повезана са најенергетским поднивоом ових елемената, који одговара:
(А) нс1
(Б) н.п.2
(Ц) на3
(Д) нф4
Одговор: Писмо А
Атом водоника има само један електрон, који се налази на првом нивоу, подниво "с" (1с1). Један од разлога зашто се налази у групи 1 периодног система је тај што сви остали хемијски елементи у овој групи имају атоме чија је валентна љуска истог типа (нс1). Дакле, због сличног валентног слоја, водоник је могао да се произведе у овом металном облику.
Извори:
ДО ЦАНТО, Е. Л.; ЛЕИТЕ, Л. Л. В.; ЦАНТО, Л. В. Хемија – у свакодневном животу. 1. ед. Сао Пауло: Модерна, 2021.
АТКИНС, П.; ЈОНЕС, Л.; ЛАВЕРМАН, Л. Принципи хемије: Преиспитивање живота и животне средине. 7. ед. Порто Алегре: Боокман, 2018.
АТКИНС, П.; ДЕ ПАУЛА, Ј.; КИЛЕР, Ј. Аткинсова физичка хемија. 11 ед. Оксфорд: Окфорд Университи Пресс, 2018.