A elektrosfär är det område av atomen där elektronerna De finns. Elektrosfären, mer exakt, är sammansatt av atomära orbitaler, bestämda genom att lösa Schrödinger-ekvationen. Först bestämdes av Rutherfords modell, fick elektrosfären betydande framsteg under giltigheten av Bohrs atommodell.
Elektrosfären kan delas in i lager (eller energinivåer), eftersom elektroner har definierad (icke-kontinuerlig) energi. För atomer med två eller flera elektroner delar sig skalen i subskal (eller subskal). Elektrosfären är extremt viktig för att förstå atomens egenskaper och förstå bildandet av kemiska bindningar.
Läs också: Hur delas atomen?
Ämnen i den här artikeln
- 1 - Sammanfattning av elektrosfären
- 2 - Videolektion om elektrosfär
- 3 - Vad är elektrosfären?
- 4 - Lager av elektrosfären
- 5 - Elektrosfärens funktion
- 6 - Förhållandet mellan elektrosfären och atomstrukturen
- 7 - Lösta övningar på elektrosfären
Sammanfattning om elektrosfären
Elektrosfären är det område av atomen där elektronerna finns.
Den är sammansatt av atomära orbitaler, vågfunktioner som är lösningar på Schrödingers ekvationer.
Dess koncept började med modellen av Ernest Rutherford.
Elektroner hålls i elektrosfären på grund av deras attraktion till atomkärnan.
De viktigaste framstegen i förståelsen av elektrosfären skedde under utformningen av Niels Bohrs modell.
Den är sammansatt av lager (eller energinivåer), som är regioner med definierad energi.
För atomer med mer än en elektron delar sig skalen i underskal (eller underskal).
Elektrosfären är viktig för att förstå flera egenskaper, såsom atomär likhet, stabilitet, atomradie, joniseringsenergi, elektronaffinitet, förutom att förstå bildandet av bindningar kemikalier.
Videolektion om elektrosfär
Vad är elektrosfären?
Elektrosfären definieras som det område av atomstrukturen där elektronerna finns. I mer djupgående tolkningar säger vi att den är sammansatt av atomorbitaler, vågfunktioner som är lösningar på Schrödingers ekvation. Det matematiska uttrycket för en atomomloppsbana, när den är kvadratisk, presenterar sannolikhetstätheten för elektronens placering vid en given punkt.
O begreppet elektrosfär började dyka upp med Ernest Rutherfords atommodell, som har elektroner som kretsar runt en tät, positiv kärna. Senare kom Niels Bohr med mer betydelsefulla tolkningar av elektrosfären genom att blanda begrepp från kvantmekaniken.
Sluta inte nu... Det kommer mer efter reklam ;)
Lager av elektrosfären
Elektroner hålls i elektrosfären på grund av deras attraktion till atomkärnan. Det är dock känt att dessa elektroner finns i skal vars energier är väl definierade. Sådana lager kan också kallas energinivåer.
Denna slutsats kom efter spektroskopiexperiment. Till exempel när en elektrisk ström appliceras på gas H2 Vid lågt tryck sänds ljus ut av H2. I detta tillstånd bildas H-joner+ och elektroner, som kommer att återvända till H-jonerna+ och kommer att bilda upphetsade (energiska) arter av H+. För att lindra överskottsenergi, H-joner+ frigör energi i form av elektromagnetisk strålning (ljus) och rekombineras till H-gas2 igen.
Du kanske kommer ihåg att när vitt ljus passerar genom ett prisma, bryts det ner till ett kontinuerligt spektrum (liknar en regnbåge); detsamma inträffar dock inte med ljuset som kommer från H2: när sådan strålning passerar genom prismat, observeras endast ljusa linjer med en definierad våglängd i H-emissionsspektrumet2, känd som spektrallinjer.
Tolkningen för elementens emissionsspektra (med väldefinierade spektrallinjer) är att en elektron, i en atom, kan inte presentera någon energi, utan snarare i väl definierade mängder (så kallade energipaket). Om elektroner inte hade sådana energetiska begränsningar skulle emissionsspektrumet för elementen vara kontinuerligt, precis som det för vitt ljus som passerar genom ett prisma.
Varje spektrallinje i ett element blev känd som en energinivå. (eller lager, som vi är mer vana vid att säga). Dessa linjer uppstår när en elektron passerar från en tillåten energinivå till en annan, i en energiförändringsprocess som kallas en elektronisk övergång.
Under den elektroniska övergången går elektronen från en lägre energinivå till en högre energinivå. När den återgår till sin ursprungliga nivå avger den överskottsenergi genom elektromagnetisk strålning (ljus), vilket ger ursprung till spektrallinjen vars energivärde som emitteras är proportionellt mot ett värde definierat av ekvationen för Rydberg.
Johannes Rydberg var en svensk spektroskopist som skapade en ekvation för att definiera trenden för spektrallinjer baserad på den schweiziska professorn Johann Balmers arbete. Den specifika energin för varje lager definieras genom att lösa den lämpliga Schrödinger-ekvationen.
Varje elektroniskt lager har ett antal tillåtna elektroner. För närvarande definieras sju elektroniska lager, identifierade med bokstäverna K till Q, i alfabetisk ordning, eller med bokstaven n, där n ≥ 1. Lager K är alltså lagret där n = 1, och så vidare. Antalet tillåtna elektroner per skal visas i följande tabell.
Energinivå |
Lager |
Maximalt antal elektroner |
1 |
K |
2 |
2 |
L |
8 |
3 |
M |
18 |
4 |
N |
32 |
5 |
O |
32 |
6 |
P |
18 |
7 |
F |
8 |
För väteatomer (med endast 1 elektron, såsom H, He+, Li2+), alla atomära orbitaler har samma energi (vi kallar dem degenererade orbitaler); i atomer med två eller flera elektroner uppstår dock en mycket viktig effekt, elektron-elektronrepulsion. Konsekvensen av detta är att varje lagers orbitaler börjar ha olika energier och därför börjar lagren att beskrivas som underskikt (eller undernivåer).
För nuvarande atomer kan varje lager brytas upp i upp till fyra undernivåer, representerade av bokstäverna "s" (från engelska, skarp), "p" (från engelska, huvud), "d" (från engelska, diffusa) och "f" (från engelska, grundläggande).
Varje undernivå stöder ett maximalt antal elektroner, definierat av beräkningar och experiment. "s"-undernivån stöder upp till 2 elektroner; "p" undernivån, upp till 6 elektroner; "d" undernivån, upp till 10 elektroner; och "f" undernivån, upp till 14 elektroner. K-skiktet är det enda som bara tillåter en enda orbital och har därför bara en enda undernivå.
Energinivå |
Lager |
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 |
F |
7s, 7p |
Elektrosfärens funktion
Elektrosfären för varje atom kan användas för att förklara olika egenskaper och beteenden hos atomen.
Egenskaper som atomradie, jonradie, joniseringsenergi och elektronaffinitet har värden som är en direkt följd av elektrosfärens elektroniska konfiguration, mer specifikt kallas valensskal, som faktiskt är det yttersta ockuperade elektroniska skalet av en atom eller jon.
A likheten mellan atomer från samma grupp i det periodiska systemet är också en konsekvens av den elektroniska konfigurationen av valensskalet. I kemiska processer väljer vi atomer från samma grupp i det periodiska systemet som möjligt substituenter, och detta är bara rimligt, eftersom dessa atomer har samma elektroniska konfiguration i lagret av valens.
Till kemiska bindningar, som uppstår mellan atomer för att bilda joniska och kovalenta föreningar (molekyler), uppstår också genom interaktioner mellan atomernas elektrosfärer.
Läs också: Schrödingers atommodell — sätt att beskriva atomen med hjälp av kvantmekanik
Förhållandet mellan elektrosfären och atomstrukturen
Som nämnts omfattar elektrosfären området av atomen där elektroner kan hittas. Elektroner, mer specifikt, finns i atomära orbitaler, som har energi definierad av kvantberäkningar.
Elektrosfären är den största delen av atomstrukturen, eftersom kärnan i en atom är mycket liten. Om man tänker på atomen som en fotbollsstadion, skulle kärnan motsvara en boll i mitten av planen, medan resten av arenan skulle vara elektrosfären.
Ändå, vad gäller massa bidrar elektrosfären lite. Eftersom elektronernas massa är cirka 1836 gånger mindre än protonernas och neutronernas massa kan vi säga att nästan all atoms massa är koncentrerad i kärnan.
Lösta övningar på elektrosfären
Fråga 1
(Facisb 2023) I Bohrs modell för väteatomen kan elektronen bara uppta vissa banor. Några av dessa banor är representerade i figuren, där n hänvisar till de energinivåer som elektronen har i varje bana.
Tänk på att i en väteatom är elektronen i omloppsbanan där n = 5.
Enligt Bohr-modellen kommer denna elektron att avge energi i form av elektromagnetisk strålning endast när
(A) gör en övergång till omloppsbanan där n är lika med 6.
(B) förbli i omloppsbanan där n = 5.
(C) övergång till vilken bana som helst där n är större än 5.
(D) övergång till vilken bana som helst där n är mindre än 5.
(E) kastas ut från atomen och joniserar den.
Svar: Bokstaven D
När en elektron befinner sig i ett yttre skal, när den återvänder till ett inre skal med lägre energi, frigör den överskottsenergi i form av elektromagnetisk strålning (ljus). Därför kommer förekomsten av ljus endast att inträffa när elektronen som finns i n = 5 gör en övergång till ett inre skal.
fråga 2
(Uerj 2019) Nyligen lyckades forskare producera metalliskt väte genom att komprimera molekylärt väte under högt tryck. De metalliska egenskaperna för detta element är desamma som de andra elementen i grupp 1 i det periodiska klassificeringssystemet.
Denna likhet är relaterad till den mest energiska undernivån av dessa element, vilket motsvarar:
(A) ns1
(B) n.p.2
(C) na3
(D) nf4
Svar: Bokstaven A
Väteatomen har bara en enda elektron, som är belägen i den första nivån, undernivå "s" (1s)1). En anledning till att den finns i grupp 1 i det periodiska systemet är att alla andra kemiska grundämnen i denna grupp har atomer vars valensskal är av samma typ (ns1). Därför, på grund av ett liknande valensskikt, kunde väte produceras i denna metalliska form.
Källor:
DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. W.; CANTO, L. W. Kemi – i vardagen. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.
ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Kemiprinciper: Ifrågasättande av liv och miljö. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.
ATKINS, P.; DE PAULA, J.; KEELER, J. Atkins fysikaliska kemi. 11 uppl. Oxford: Oxford University Press, 2018.
Vill du referera till denna text i ett skol- eller akademiskt arbete? Se:
NOVAIS, Stéfano Araújo. "Elektrosfär"; Brasilien skola. Tillgänglig i: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrosfera.htm. Åtkom den 10 november 2023.
