Tabla de Contenidos
Καθώς ένας πλανήτης κινείται γύρω από τον ήλιο, η ακριβής διαδρομή του, που ονομάζεται τροχιά, μπορεί να εντοπιστεί. Μια εξαιρετικά απλοποιημένη άποψη του ατόμου μοιάζει παρόμοια, με ηλεκτρόνια να περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα. Ωστόσο, η αλήθεια είναι διαφορετική. Τα ηλεκτρόνια ζουν στην πραγματικότητα σε περιοχές του διαστήματος που ονομάζονται τροχιακά. Τα τροχιακά και οι τροχιές είναι λέξεις που μοιάζουν, αλλά των οποίων οι έννοιες είναι πολύ διαφορετικές και δεν πρέπει να συγχέονται.
Το μοντέλο του Bohr
Στην ατομική φυσική, το μοντέλο του Bohr περιγράφει ένα άτομο ως έναν μικρό, θετικά φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλεται από ηλεκτρόνια. Αυτά τα ηλεκτρόνια κινούνται σε κυκλικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα. Είναι μια δομή παρόμοια με αυτή του ηλιακού συστήματος, με τη διαφορά ότι είναι οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις , και όχι η βαρύτητα, που ασκούν την έλξη.
Αν και χρήσιμο για την εξήγηση της αντιδραστικότητας και του χημικού δεσμού ορισμένων στοιχείων, το μοντέλο του ατόμου του Bohr δεν αντικατοπτρίζει με ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια κατανέμονται στον χώρο γύρω από τον πυρήνα. Αυτό συμβαίνει επειδή τα άτομα δεν περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα όπως η Γη περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο, αλλά αντίθετα βρίσκονται στα τροχιακά των ηλεκτρονίων. Αυτά τα σχετικά πολύπλοκα σχήματα οφείλονται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια δεν συμπεριφέρονται μόνο σαν σωματίδια, αλλά και σαν κύματα. Οι μαθηματικές εξισώσεις της κβαντικής μηχανικής, γνωστές ως κυματικές συναρτήσεις, μπορούν να προβλέψουν, με ένα ορισμένο επίπεδο πιθανότητας, πού μπορεί να βρίσκεται ένα ηλεκτρόνιο οποιαδήποτε στιγμή. Έτσι, η περιοχή στην οποία είναι πιο πιθανό να βρίσκεται ένα ηλεκτρόνιο ονομάζεται τροχιά του.
ατομικά τροχιακά
Τα ατομικά τροχιακά έχουν διαφορετικά σχήματα, αλλά όλα είναι επικεντρωμένα στον ατομικό πυρήνα. Τα πιο κοινά τροχιακά στη στοιχειώδη κβαντική χημεία είναι τα τροχιακά που αντιστοιχούν στα υποκέλυφα s, p και d. Ωστόσο, τα τροχιακά f βρίσκονται επίσης στις θεμελιώδεις καταστάσεις των βαρύτερων ατόμων. Η σειρά με την οποία τα ηλεκτρόνια γεμίζουν τα ατομικά τροχιακά και το σχήμα των τροχιακών είναι κρίσιμοι παράγοντες για την κατανόηση της χημικής συμπεριφοράς των ατόμων και των αντιδράσεών τους.
πρώτο κέλυφος ηλεκτρονίων
Το τροχιακό που βρίσκεται πιο κοντά στον πυρήνα, που ονομάζεται τροχιακό 1s, μπορεί να χωρέσει έως και δύο ηλεκτρόνια. Ονομάζεται τροχιακό 1s επειδή είναι σφαιρικό γύρω από τον πυρήνα. Το τροχιακό 1s γεμίζεται πάντα πριν από οποιοδήποτε άλλο τροχιακό.
Το υδρογόνο, για παράδειγμα, έχει ένα ηλεκτρόνιο. Επομένως, μόνο ένα σημείο στο τροχιακό 1s καταλαμβάνεται. Αυτό το σημείο ορίζεται ως 1s1, όπου ο εκθέτης 1 αναφέρεται στο ηλεκτρόνιο στο τροχιακό 1s. Το ήλιο, από την άλλη πλευρά, έχει δύο ηλεκτρόνια, επομένως μπορεί να γεμίσει πλήρως το τροχιακό 1s με τα δύο ηλεκτρόνια του. Αυτό ονομάζεται 1s2, αναφερόμενο στα δύο ηλεκτρόνια του ηλίου στο τροχιακό 1s.
Στον περιοδικό πίνακα, το υδρογόνο και το ήλιο είναι τα μόνα δύο στοιχεία στην πρώτη σειρά (περίοδος), επειδή είναι τα μόνα που έχουν ηλεκτρόνια μόνο στο πρώτο τους κέλυφος, το τροχιακό 1s.
δεύτερο κέλυφος ηλεκτρονίων
Το δεύτερο κέλυφος ηλεκτρονίων μπορεί να περιέχει οκτώ ηλεκτρόνια. Αυτό το κέλυφος περιέχει ένα άλλο σφαιρικό τροχιακό s και τρία τροχιακά p σε σχήμα καμπάνας, καθένα από τα οποία μπορεί να χωρέσει δύο ηλεκτρόνια. Μόλις γεμίσει το τροχιακό 1s, γεμίζει το δεύτερο κέλυφος ηλεκτρονίων, γεμίζοντας πρώτα το τροχιακό του 2s και μετά τα τρία τροχιακά του p. Η πλήρωση των τροχιακών p καταλαμβάνει το καθένα από ένα ηλεκτρόνιο. όταν κάθε τροχιακό p έχει ένα ηλεκτρόνιο, μπορεί να προστεθεί ένα δεύτερο.
Για παράδειγμα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το λίθιο (Li), το οποίο περιέχει τρία ηλεκτρόνια που καταλαμβάνουν το πρώτο και το δεύτερο κέλυφος. Δύο ηλεκτρόνια γεμίζουν το τροχιακό 1s και το τρίτο ηλεκτρόνιο γεμίζει το τροχιακό 2s. Έτσι, η ηλεκτρονική διαμόρφωση του λιθίου είναι 1s22s1.
Το Νέον (Ne), από την πλευρά του, έχει συνολικά δέκα ηλεκτρόνια: δύο βρίσκονται στο πιο εσωτερικό τροχιακό 1s και οκτώ γεμίζουν το δεύτερο κέλυφος του (δύο στο τροχιακό 2s και τρία στο τροχιακό p). Επομένως, είναι ένα αδρανές και ενεργειακά σταθερό αέριο, γι’ αυτό και σπάνια σχηματίζει χημικό δεσμό με άλλα άτομα.
τρίτο κέλυφος ηλεκτρονίων
Τα μεγαλύτερα στοιχεία έχουν επιπλέον τροχιακά, τα οποία αποτελούν το τρίτο κέλυφος ηλεκτρονίων. Οι υποκλώνοι d και f έχουν πιο πολύπλοκα σχήματα και περιέχουν πέντε και επτά τροχιακά αντίστοιχα. Το 3n κύριο κέλυφος έχει s υποκελύφη, το pyd μπορεί να χωρέσει 18 ηλεκτρόνια. Το κύριο κέλυφος 4n έχει τροχιακά s, p, d και f και μπορεί να χωρέσει 32 ηλεκτρόνια.
Καθώς προχωράμε πιο μακριά από τον πυρήνα, ο αριθμός των ηλεκτρονίων και των τροχιακών που υπάρχουν στα ενεργειακά επίπεδα αυξάνεται. Όταν μετακινούμαστε από το ένα άτομο στο άλλο στον περιοδικό πίνακα, η ηλεκτρονική δομή μπορεί να κατασκευαστεί τοποθετώντας ένα ακόμη ηλεκτρόνιο στο επόμενο διαθέσιμο τροχιακό.
Ιδιότητες ηλεκτρονίων σε τροχιακά
Τα ηλεκτρόνια εμφανίζουν δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου, που σημαίνει ότι παρουσιάζουν ορισμένες ιδιότητες σωματιδίων και ορισμένα χαρακτηριστικά κυμάτων. Μεταξύ των ιδιοτήτων των σωματιδίων είναι, για παράδειγμα, ότι ένα ηλεκτρόνιο έχει μόνο ηλεκτρικό φορτίο -1 και την κίνηση των ηλεκτρονίων στα τροχιακά.
Επιπλέον, τα ηλεκτρόνια δεν περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα όπως η Γη γύρω από τον Ήλιο.Η τροχιά είναι ένα στάσιμο κύμα, με επίπεδα ενέργειας όπως αρμονικές σε μια δονούμενη χορδή. Το χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο ενός ηλεκτρονίου μοιάζει με τη θεμελιώδη συχνότητα μιας δονούμενης χορδής, ενώ τα υψηλότερα ενεργειακά επίπεδα είναι σαν τις αρμονικές. Τέλος, η περιοχή που θα μπορούσε να περιέχει ένα ηλεκτρόνιο μοιάζει περισσότερο με σύννεφο ή ατμόσφαιρα, εκτός από την περίπτωση που η πιθανότητα σχεδιάζει μια σφαίρα, η οποία ισχύει μόνο όταν ένα άτομο έχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο.
Πηγές
- Barradas, F. (2016). Τροχιακά στην εκπαίδευση της χημείας : μια ανάλυση μέσα από τη γραφική αναπαράστασή της .
- De Jesus, E. (2003). Τροχιακά και χημικοί δεσμοί .
