Tabla de Contenidos
När en planet rör sig runt solen kan dess exakta väg, som kallas en omloppsbana, spåras. En mycket förenklad bild av atomen ser likadan ut, med elektroner som kretsar kring kärnan. Sanningen är dock en annan. Elektroner lever faktiskt i områden i rymden som kallas orbitaler. Orbitaler och banor är ord som liknar varandra, men vars begrepp är väldigt olika och inte bör förväxlas.
Bohrs modell
Inom atomfysiken beskriver Bohr-modellen en atom som en liten, positivt laddad kärna omgiven av elektroner. Dessa elektroner rör sig i cirkulära banor runt kärnan; det är en struktur som liknar den i solsystemet, förutom att det är elektrostatiska krafter , och inte gravitationen, som utövar attraktionen.
Även om Bohrs modell av atomen är användbar för att förklara reaktiviteten och den kemiska bindningen av vissa element, återspeglar inte Bohrs modell av atomen exakt hur elektroner är fördelade i utrymmet runt kärnan. Detta beror på att atomerna inte kretsar runt kärnan som jorden kretsar runt solen, utan istället befinner sig i elektronernas orbitaler. Dessa relativt komplexa former beror på det faktum att elektroner inte bara beter sig som partiklar, utan också som vågor. Kvantmekanikens matematiska ekvationer, så kallade vågfunktioner, kan med en viss sannolikhet förutsäga var en elektron kan vara vid en given tidpunkt. Således kallas området där en elektron med största sannolikhet befinner sig dess omloppsbana.
atomära orbitaler
Atomorbitaler har olika former men de är alla centrerade på atomkärnan . De vanligaste orbitalerna inom elementär kvantkemi är orbitaler som motsvarar s, p och d underskalen. Men f orbitaler finns också i grundtillstånden för de tyngre atomerna. Ordningen i vilken elektroner fyller atomära orbitaler och formen på orbitaler är avgörande faktorer för att förstå atomernas kemiska beteende och deras reaktioner.
första elektronskalet
Orbitalen närmast kärnan, kallad 1s orbital, kan hålla upp till två elektroner. Den kallas en 1s orbital eftersom den är sfärisk runt kärnan. 1:ans orbital fylls alltid före någon annan orbital.
Väte har till exempel en elektron. Därför är endast en punkt i 1s omloppsbana upptagen. Denna punkt betecknas som 1s1, där den upphöjda 1 hänvisar till elektronen i 1s orbitalen. Helium, å andra sidan, har två elektroner, så det kan helt fylla 1s orbitalen med sina två elektroner. Detta kallas 1s2, och syftar på de två elektronerna i helium i 1s-omloppsbanan.
I det periodiska systemet är väte och helium de enda två grundämnena i den första raden (period), eftersom de är de enda som har elektroner endast i sitt första skal, 1s-omloppsbanan.
andra elektronskalet
Det andra elektronskalet kan innehålla åtta elektroner. Detta skal innehåller ytterligare en sfärisk s-orbital och tre klockformade p-orbitaler, som var och en kan hålla två elektroner. När 1s orbitalen är fylld, fylls det andra elektronskalet, fyller först dess 2s orbital och sedan dess tre p orbitaler. Att fylla p-orbitalerna tar var och en upp en enda elektron; när varje p-orbital har en elektron kan en andra läggas till.
För att exemplifiera kan vi använda litium (Li), som innehåller tre elektroner som upptar det första och andra skalet. Två elektroner fyller 1s orbitalen och den tredje elektronen fyller 2s orbitalen. Således är den elektroniska konfigurationen av litium 1s22s1.
Neon (Ne), å sin sida, har totalt tio elektroner: två finns i den innersta 1s orbitalen och åtta fyller dess andra skal (två i 2s orbitalen och tre i p orbitalen). Därför är det en inert och energetiskt stabil gas, varför den sällan bildar en kemisk bindning med andra atomer.
tredje elektronskalet
De större elementen har extra orbitaler, som utgör det tredje elektronskalet. d- och f-delsträngarna har mer komplexa former och innehåller fem respektive sju orbitaler. Det 3:a huvudskalet har s underskal, pyd kan hålla 18 elektroner. Det 4n huvudskalet har s, p, d och f orbitaler och kan hålla 32 elektroner.
När vi rör oss längre från kärnan ökar antalet elektroner och orbitaler som finns i energinivåerna. När man flyttar från en atom till en annan på det periodiska systemet kan den elektroniska strukturen byggas upp genom att placera ytterligare en elektron i nästa tillgängliga orbital.
Egenskaper hos elektroner i orbitaler
Elektroner uppvisar våg-partikeldualitet, vilket innebär att de uppvisar vissa egenskaper hos partiklar och vissa egenskaper hos vågor. Bland egenskaperna hos partiklar är till exempel att en elektron bara har en elektrisk laddning på -1 och elektronernas rörelse i orbitaler.
Dessutom kretsar inte elektroner kring kärnan som jorden gör om solen. Banan är en stående våg, med energinivåer som övertoner på en vibrerande sträng. Den lägre energinivån hos en elektron är som grundfrekvensen hos en vibrerande sträng, medan de högre energinivåerna är som övertoner. Slutligen, området som kan innehålla en elektron är mer som ett moln eller atmosfär, förutom när sannolikheten ritar en sfär, vilket bara gäller när en atom bara har en elektron.
Källor
- Barradas, F. (2016). Orbitaler i kemiutbildning : en analys genom dess grafiska representation .
- De Jesus, E. (2003). Orbitaler och kemiska bindningar .
