Tabla de Contenidos
Når en planet beveger seg rundt solen, kan dens nøyaktige bane, kalt en bane, spores. Et svært forenklet syn på atomet ser likt ut, med elektroner som går i bane rundt kjernen. Sannheten er imidlertid en annen. Elektroner lever faktisk i områder av rommet kalt orbitaler. Orbitaler og baner er ord som er like, men hvis begreper er svært forskjellige og ikke bør forveksles.
Bohrs modell
I atomfysikk beskriver Bohr-modellen et atom som en liten, positivt ladet kjerne omgitt av elektroner. Disse elektronene beveger seg i sirkulære baner rundt kjernen; det er en struktur som ligner på solsystemet, bortsett fra at det er elektrostatiske krefter , og ikke tyngdekraften, som utøver tiltrekningen.
Selv om Bohrs modell av atomet er nyttig for å forklare reaktiviteten og den kjemiske bindingen til noen grunnstoffer, reflekterer ikke Bohrs modell av atomet nøyaktig hvordan elektronene er fordelt i rommet rundt kjernen. Dette er fordi atomene ikke kretser rundt kjernen slik Jorden kretser rundt solen, men i stedet befinner seg i elektronenes orbitaler. Disse relativt komplekse formene skyldes det faktum at elektroner ikke bare oppfører seg som partikler, men også som bølger. De matematiske ligningene til kvantemekanikk, kjent som bølgefunksjoner, kan med et visst sannsynlighetsnivå forutsi hvor et elektron kan være til enhver tid. Derfor kalles området der et elektron mest sannsynlig befinner seg, dets bane.
atomorbitaler
Atomorbitaler har forskjellige former , men de er alle sentrert om atomkjernen. De vanligste orbitalene i elementær kvantekjemi er orbitalene som tilsvarer s, p og d underskallene. Imidlertid finnes f orbitaler også i grunntilstandene til de tyngre atomene. Rekkefølgen som elektroner fyller atomorbitaler og formen på orbitalene er avgjørende faktorer for å forstå den kjemiske oppførselen til atomer og deres reaksjoner.
første elektronskall
Orbitalen nærmest kjernen, kalt 1s orbital, kan inneholde opptil to elektroner. Den kalles en 1s orbital fordi den er sfærisk rundt kjernen. 1s orbital er alltid fylt før noen annen orbital.
Hydrogen har for eksempel ett elektron. Derfor er bare ett punkt i 1s orbital okkupert. Dette punktet er utpekt som 1s1, der hevet skrift 1 refererer til elektronet i 1s orbital. Helium, på den annen side, har to elektroner, så det kan fylle 1s orbital fullstendig med sine to elektroner. Dette kalles 1s2, og refererer til de to elektronene i helium i 1s-orbitalen.
I det periodiske systemet er hydrogen og helium de eneste to grunnstoffene i den første raden (periode), fordi de er de eneste som har elektroner bare i sitt første skall, 1s-orbitalen.
andre elektronskall
Det andre elektronskallet kan inneholde åtte elektroner. Dette skallet inneholder en annen sfærisk s-orbital og tre klokkeformede p-orbitaler, som hver kan inneholde to elektroner. Når 1s-orbitalen er fylt, fylles det andre elektronskallet, og fyller først dets 2s-orbitaler og deretter dets tre p-orbitaler. Å fylle p-orbitalene tar hver opp et enkelt elektron; når hver p-orbital har ett elektron, kan et andre legges til.
For å eksemplifisere kan vi bruke litium (Li), som inneholder tre elektroner som okkuperer det første og andre skallet. To elektroner fyller 1s orbital og det tredje elektron fyller 2s orbital. Dermed er den elektroniske konfigurasjonen av litium 1s22s1.
Neon (Ne) har på sin side totalt ti elektroner: to er i den innerste 1s-orbitalen og åtte fyller dens andre skall (to i 2s-orbitalen og tre i p-orbitalen). Derfor er det en inert og energistabil gass, som er grunnen til at den sjelden danner en kjemisk binding med andre atomer.
tredje elektronskall
De større elementene har ekstra orbitaler, som utgjør det tredje elektronskallet. d- og f-delstrengene har mer komplekse former og inneholder henholdsvis fem og syv orbitaler. Det 3n hovedskallet har s underskall, pyd kan inneholde 18 elektroner. Det 4n hovedskallet har s, p, d og f orbitaler og kan inneholde 32 elektroner.
Når vi beveger oss lenger fra kjernen, øker antallet elektroner og orbitaler som er tilstede i energinivåene. Når man beveger seg fra ett atom til et annet på det periodiske systemet, kan den elektroniske strukturen bygges ved å plassere ett elektron til i neste tilgjengelige orbital.
Egenskaper til elektroner i orbitaler
Elektroner viser bølge-partikkel-dualitet, noe som betyr at de viser noen egenskaper til partikler og noen egenskaper til bølger. Blant egenskapene til partikler er for eksempel at et elektron kun har en elektrisk ladning på -1 og elektronenes bevegelse i orbitaler.
Dessuten går ikke elektroner i bane rundt kjernen slik Jorden gjør Solen. Banen er en stående bølge, med energinivåer som harmoniske på en vibrerende streng. Det lavere energinivået til et elektron er som grunnfrekvensen til en vibrerende streng, mens de høyere energinivåene er som harmoniske. Til slutt er området som kan inneholde et elektron mer som en sky eller atmosfære, bortsett fra når sannsynligheten tegner en kule, som bare gjelder når et atom bare har ett elektron.
Kilder
- Barradas, F. (2016). Orbitaler i kjemiundervisning : en analyse gjennom dens grafiske representasjon .
- De Jesus, E. (2003). Orbitaler og kjemiske bindinger .
