Boundless Microbiology
Elektronové orbitaly
Elektronové orbitaly jsou trojrozměrné reprezentace prostoru, ve kterém se pravděpodobně nachází elektron.
Cíle výuky
Rozlišit elektronové orbitaly v Bohrově modelu oproti kvantově mechanickým orbitálům
Klíčové poznatky
Klíčové informace. Body
- Bohrův model atomu neodráží přesně, jak jsou elektrony prostorově rozmístěny kolem jádra, protože nekrouží kolem jádra jako Země kolem Slunce.
- Elektronové orbitaly jsou výsledkem matematických rovnic z kvantové mechaniky známých jako vlnové funkce a mohou s určitou mírou pravděpodobnosti předpovědět, kde se elektron může v daném okamžiku nacházet.
- S rostoucím atomovým číslem roste počet a typ orbitalů, které vyplňují různé elektronové slupky.
- Oblast, kde se elektron s největší pravděpodobností nachází, se nazývá jeho orbital.
Klíčové pojmy
- elektronová slupka:
- orbital: kolektivní stavy všech elektronů v atomu, které mají stejné hlavní kvantové číslo (vizualizované jako orbita, po které se elektrony pohybují).
- orbital:
Ačkoli je užitečný pro vysvětlení reaktivity a chemické vazby některých prvků, neodráží Bohrův model atomu přesně, jak jsou elektrony prostorově rozmístěny kolem jádra. Neobíhají kolem jádra jako Země kolem Slunce, ale spíše se nacházejí v elektronových orbitalech. Tyto poměrně složité tvary vyplývají ze skutečnosti, že elektrony se chovají nejen jako částice, ale také jako vlny. Matematické rovnice z kvantové mechaniky známé jako vlnové funkce mohou s určitou pravděpodobností předpovědět, kde se elektron v daném okamžiku může nacházet. Oblast, kde se elektron s největší pravděpodobností nachází, se nazývá jeho orbital.
První elektronový obal
Nejbližší orbital k jádru, nazývaný 1s orbital, může obsahovat až dva elektrony. Tento orbital odpovídá nejvnitřnějšímu elektronovému obalu Bohrova modelu atomu. Nazývá se 1s orbital, protože je kulový kolem jádra. Orbital 1s je vždy zaplněn dříve než jakýkoli jiný orbital. Vodík má jeden elektron, proto má v orbitalu 1s obsazeno pouze jedno místo. To se označuje jako 1s1, kde horní index 1 označuje jeden elektron v orbitalu 1s. Helium má dva elektrony, proto může orbital 1s zcela zaplnit svými dvěma elektrony. Označuje se jako 1s2, což znamená dva elektrony helia v orbitalu 1s. V periodické tabulce jsou vodík a helium jedinými dvěma prvky v prvním řádku (periodě); je to proto, že jsou to jediné prvky, které mají elektrony pouze ve své první slupce, orbitalu 1s.
Druhá elektronová slupka
Diagram S a P orbitalů: Podpouzdra s mají tvar koule. Obě hlavní slupky 1n i 2n mají orbital s, ale velikost sféry je u orbitalu 2n větší. Každá sféra je jeden orbital. p podpouzdra jsou tvořena třemi orbitaly ve tvaru činky. Hlavní slupka 2n má podslupku p, ale slupka 1 ji nemá.
Druhá elektronová slupka může obsahovat osm elektronů. Tato slupka obsahuje další sférický s orbital a tři p orbitaly ve tvaru „činky“, z nichž každý může obsahovat dva elektrony. Po zaplnění orbitalu 1s se zaplní druhá elektronová slupka, a to tak, že se nejprve zaplní její orbital 2s a poté její tři orbitaly p. Při zaplňování p orbitalů přijímá každý z nich jeden elektron; jakmile má každý p orbital elektron, může být přidán druhý. Lithium (Li) obsahuje tři elektrony, které obsazují první a druhou slupku. Dva elektrony vyplňují orbital 1s a třetí elektron pak vyplňuje orbital 2s. Jeho elektronová konfigurace je 1s22s1. Naproti tomu neon (Ne) má celkem deset elektronů: dva jsou v jeho nejvnitřnějším orbitalu 1s a osm vyplňuje jeho druhou slupku (po dvou v orbitalech 2s a třech p). Je to tedy inertní plyn a energeticky stabilní: jen zřídkakdy vytváří chemickou vazbu s jinými atomy.
Třetí elektronová slupka
Větší prvky mají další orbitaly, které tvoří třetí elektronovou slupku. Podslupky d a f mají složitější tvar a obsahují pět, respektive sedm orbitalů. Hlavní slupka 3n má slupky s, p a d a může obsahovat 18 elektronů. Hlavní slupka 4n má orbitaly s, p, d a f a může obsahovat 32 elektronů. Směrem od jádra se počet elektronů a orbitalů nacházejících se v energetických hladinách zvyšuje. Postupujeme-li od jednoho atomu k dalšímu v periodické tabulce, můžeme elektronovou strukturu vypracovat tak, že do dalšího volného orbitalu zařadíme elektron navíc. I když pojmy elektronové slupky a orbitaly spolu úzce souvisejí, orbitaly poskytují přesnější zobrazení elektronové konfigurace atomu, protože orbitální model specifikuje různé tvary a zvláštní orientace všech míst, která mohou elektrony zaujímat.
.