Határtalan mikrobiológia
Elektronorbitálisok
Az elektronorbitálisok annak a térnek a háromdimenziós ábrázolásai, amelyben egy elektron valószínűleg megtalálható.
Tanulmányi célok
A Bohr-modell elektronpályái és a kvantummechanikai pályák közötti különbségtétel
Főbb tanulságok
Főbb tanulságok Pontok
- A Bohr-féle atommodell nem tükrözi pontosan az elektronok térbeli eloszlását az atommag körül, mivel azok nem úgy keringenek az atommag körül, mint a Föld a Nap körül.
- Az elektronpályák a kvantummechanikából származó matematikai egyenletek, az úgynevezett hullámfüggvények eredményei, és egy bizonyos valószínűségi szinten belül meg tudják jósolni, hogy egy elektron hol lehet egy adott időpontban.
- A pályák száma és típusa az atomszám növekedésével nő, különböző elektronhéjakat töltve ki.
- Azt a területet, ahol egy elektron a legnagyobb valószínűséggel található, pályának nevezzük.
Kulcsfogalmak
- elektronhéj: Az atomban lévő összes, azonos főkvantumszámú elektron együttes állapota (szemléltetve egy pályaként, amelyen az elektronok mozognak).
- orbitál: Egy elektron energia- és valószínűségi sűrűségének meghatározása egy atom vagy molekula bármely pontján.
Bár hasznos az egyes elemek reakcióképességének és kémiai kötésének magyarázatához, az atom Bohr-féle modellje nem tükrözi pontosan az elektronok térbeli eloszlását az atommag körül. Nem úgy keringenek az atommag körül, mint a Föld a Nap körül, hanem inkább elektronpályákon helyezkednek el. Ezek a viszonylag bonyolult formák abból adódnak, hogy az elektronok nemcsak részecskékként, hanem hullámokként is viselkednek. A kvantummechanikából származó matematikai egyenletek, az úgynevezett hullámfüggvények egy bizonyos valószínűségi szinten belül meg tudják jósolni, hogy egy elektron hol lehet egy adott időpontban. Azt a területet, ahol egy elektron a legnagyobb valószínűséggel található, orbitálisnak nevezzük.
Első elektronhéj
Az atommaghoz legközelebbi, 1s orbitálisnak nevezett orbitális akár két elektron is lehet. Ez a pálya az atom Bohr-féle modelljének legbelső elektronhéjának felel meg. Azért hívják 1s orbitálisnak, mert gömb alakú az atommag körül. Az 1s orbitális mindig előbb töltődik be, mint bármely más orbitális. A hidrogénnek egy elektronja van, ezért az 1s pályán belül csak egy hely van elfoglalva. Ezt a helyet 1s1-nek nevezzük, ahol a magasan írt 1 az 1s orbitálon belüli egy elektronra utal. A héliumnak két elektronja van, ezért két elektronjával teljesen ki tudja tölteni az 1s pályát. Ezt 1s2-vel jelöljük, ami a hélium két elektronjára utal az 1s orbitálisban. A periódusos rendszerben a hidrogén és a hélium az egyetlen két elem az első sorban (periódusban); ez azért van így, mert ezek az egyedüli elemek, amelyeknek csak az első héjukban, az 1s orbitálisban vannak elektronjaik.
Második elektronhéj
Az S és P pályák ábrája: Az s alhéjak gömb alakúak. Mind az 1n, mind a 2n főhéjnak van s orbitálja, de a gömb mérete a 2n orbitálisnál nagyobb. Minden gömb egy-egy orbitál. A p alhéjakat három gömbhéj alakú orbitál alkotja. A 2n főhéjnak van p alhéja, de az 1. héjnak nincs.
A második elektronhéj nyolc elektront tartalmazhat. Ez a héj tartalmaz még egy gömb alakú s-orbitált és három “súlyzó” alakú p-orbitált, amelyek mindegyike két elektron befogadására alkalmas. Az 1s pálya betöltése után a második elektronhéjat töltjük meg, először a 2s pályát, majd a három p pályát. A p-orbitálisok feltöltésekor mindegyikbe egy-egy elektron kerül; miután minden p-orbitálisban van egy elektron, egy második is hozzáadható. A lítium (Li) három elektront tartalmaz, amelyek az első és a második héjat foglalják el. Két elektron tölti ki az 1s pályát, a harmadik elektron pedig a 2s pályát. Elektronkonfigurációja 1s22s1. A neonnak (Ne) ezzel szemben összesen tíz elektronja van: kettő a legbelső 1s pályán, nyolc pedig a második héjban (két-két elektron a 2s és három p pályán). Így inert gáz és energetikailag stabil: ritkán létesít kémiai kötést más atomokkal.
Harmadik elektronhéj
A nagyobb elemeknek további pályái vannak, ezek alkotják a harmadik elektronhéjat. A d és f alhéjak bonyolultabb alakúak, és öt, illetve hét pályát tartalmaznak. A 3n főhéj s, p és d alhéjakkal rendelkezik, és 18 elektront képes befogadni. A 4n főhéj s, p, d és f pályákkal rendelkezik, és 32 elektron befogadására képes. Az atommagtól távolodva az energiaszinteken található elektronok és pályák száma növekszik. A periódusos rendszerben atomról atomra haladva az elektronszerkezet úgy alakítható ki, hogy egy plusz elektront illesztünk a következő szabad pályára. Bár az elektronhéjak és az orbitálok fogalma szorosan kapcsolódik egymáshoz, az orbitálok pontosabb képet adnak az atom elektronkonfigurációjáról, mivel az orbitális modell meghatározza az elektronok által elfoglalható összes hely különböző alakját és speciális orientációját.
Az elektronhéjak és az orbitálok fogalma szorosan kapcsolódik egymáshoz.