Tabla de Contenidos
Pe măsură ce o planetă se mișcă în jurul Soarelui, poate fi urmărită calea sa precisă, numită orbită. O vedere foarte simplificată a atomului arată similară, cu electroni care orbitează în jurul nucleului. Cu toate acestea, adevărul este altul. Electronii trăiesc de fapt în regiuni ale spațiului numite orbitali. Orbitalii și orbitele sunt cuvinte care sunt similare, dar ale căror concepte sunt foarte diferite și nu trebuie confundate.
modelul lui Bohr
În fizica atomică, modelul Bohr descrie un atom ca un nucleu mic, încărcat pozitiv, înconjurat de electroni. Acești electroni se mișcă pe orbite circulare în jurul nucleului; este o structură similară cu cea a sistemului solar, cu excepția faptului că forțele electrostatice , și nu gravitația, exercită atracția.
Deși util pentru a explica reactivitatea și legăturile chimice ale unor elemente, modelul atomic al lui Bohr nu reflectă cu exactitate modul în care electronii sunt distribuiți în spațiul din jurul nucleului. Acest lucru se datorează faptului că atomii nu se învârt în jurul nucleului așa cum Pământul se învârte în jurul Soarelui, ci se află în orbitalii electronilor. Aceste forme relativ complexe se datorează faptului că electronii nu se comportă doar ca niște particule, ci și ca unde. Ecuațiile matematice ale mecanicii cuantice, cunoscute sub numele de funcții de undă, pot prezice, cu un anumit nivel de probabilitate, unde s-ar putea afla un electron la un moment dat. Astfel, zona în care este cel mai probabil să se afle un electron se numește orbita sa.
orbitali atomici
Orbitalii atomici au forme diferite, dar toți sunt centrați pe nucleul atomic. Cei mai obișnuiți orbitali în chimia cuantică elementară sunt orbitalii corespunzători subcoperelor s, p și d. Cu toate acestea, orbitalii f se găsesc și în stările fundamentale ale atomilor mai grei. Ordinea în care electronii umplu orbitalii atomici și forma orbitalilor sunt factori cruciali în înțelegerea comportamentului chimic al atomilor și a reacțiilor lor.
primul înveliș de electroni
Orbitalul cel mai apropiat de nucleu, numit orbital 1s, poate conține până la doi electroni. Se numește orbital 1s deoarece este sferic în jurul nucleului. Orbitalul 1s este întotdeauna umplut înaintea oricărui alt orbital.
Hidrogenul, de exemplu, are un electron. Prin urmare, doar un punct din orbital 1s este ocupat. Acest punct este desemnat ca 1s1, unde superscriptul 1 se referă la electronul din orbital 1s. Heliul, pe de altă parte, are doi electroni, deci poate umple complet orbitalul 1s cu cei doi electroni ai săi. Acesta se numește 1s2, referindu-se la cei doi electroni din heliu din orbitalul 1s.
Pe tabelul periodic, hidrogenul și heliul sunt singurele două elemente din primul rând (perioada), deoarece sunt singurele care au electroni doar în prima lor înveliș, orbitalul 1s.
al doilea înveliș de electroni
Al doilea înveliș de electroni poate conține opt electroni. Acest înveliș conține un alt orbital s sferic și trei orbitali p în formă de clopot, fiecare dintre care poate conține doi electroni. Odată ce orbitalul 1s este umplut, al doilea înveliș de electroni este umplut, umplându-și mai întâi orbitalul 2s și apoi cei trei orbitali p. Umplerea orbitalilor p ocupă fiecare un singur electron; când fiecare orbital p are un electron, se poate adăuga un al doilea.
Pentru a exemplifica, putem folosi litiu (Li), care conține trei electroni care ocupă prima și a doua înveliș. Doi electroni umple orbitalul 1s, iar al treilea electron umple orbitalul 2s. Astfel, configurația electronică a litiului este 1s22s1.
Neonul (Ne), la rândul său, are un total de zece electroni: doi sunt în cel mai interior orbital 1s și opt umplu al doilea înveliș (doi în orbital 2s și trei în orbital p). Prin urmare, este un gaz inert și stabil energetic, motiv pentru care rareori formează o legătură chimică cu alți atomi.
a treia înveliș de electroni
Elementele mai mari au orbiti suplimentari, care alcătuiesc al treilea înveliș de electroni. Subcatenele d și f au forme mai complexe și conțin cinci și, respectiv, șapte orbitali. Învelișul principal 3n are s subshell, pyd poate conține 18 electroni. Învelișul principal 4n are orbitali s, p, d și f și poate conține 32 de electroni.
Pe măsură ce ne depărtăm de nucleu, numărul de electroni și orbiti prezenți în nivelurile de energie crește. Când se trece de la un atom la altul pe tabelul periodic, structura electronică poate fi construită prin plasarea unui electron în următorul orbital disponibil.
Proprietățile electronilor în orbitali
Electronii prezintă dualitate val-particulă, ceea ce înseamnă că prezintă unele proprietăți ale particulelor și unele caracteristici ale undelor. Printre proprietățile particulelor se numără, de exemplu, că un electron are doar o sarcină electrică de -1 și mișcarea electronilor în orbitali.
În plus, electronii nu orbitează nucleul așa cum o face Pământul cu Soarele. Orbita este o undă staționară, cu niveluri de energie asemănătoare armonicilor pe o coardă care vibra. Nivelul de energie inferior al unui electron este ca frecvența fundamentală a unei corzi care vibra, în timp ce nivelurile de energie mai înalte sunt ca armonicile. În cele din urmă, regiunea care ar putea conține un electron seamănă mai mult cu un nor sau o atmosferă, cu excepția cazului în care probabilitatea desenează o sferă, care se aplică numai atunci când un atom are doar un electron.
Surse
- Barradas, F. (2016). Orbitali în învățământul de chimie : o analiză prin reprezentarea sa grafică .
- De Jesus, E. (2003). Orbitali și legături chimice .
