Bezgraniczna Mikrobiologia
Orbitale elektronowe
Orbitale elektronowe są trójwymiarowymi reprezentacjami przestrzeni, w której prawdopodobnie znajduje się elektron.
Learning Objectives
Rozróżnić pomiędzy orbitalami elektronowymi w modelu Bohra a orbitalami mechaniki kwantowej
Key Takeaways
Key Punkty
- Model Bohra atomu nie odzwierciedla dokładnie jak elektrony są przestrzennie rozmieszczone wokół jądra, ponieważ nie okrążają jądra jak ziemia okrąża słońce.
- Orbitale elektronowe są wynikiem równań matematycznych z mechaniki kwantowej znanych jako funkcje falowe i mogą przewidzieć w pewnym poziomie prawdopodobieństwa, gdzie elektron może być w danym czasie.
- Liczba i rodzaj orbitali wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej, wypełniając różne powłoki elektronowe.
- Obszar, w którym elektron jest najbardziej prawdopodobne, aby znaleźć nazywa się jego orbital.
Key Terms
- powłoka elektronowa: Zbiorowe stany wszystkich elektronów w atomie mających tę samą główną liczbę kwantową (wizualizowane jako orbity, po których poruszają się elektrony).
- orbital: Specyfikacja gęstości energii i prawdopodobieństwa elektronu w dowolnym punkcie w atomie lub cząsteczce.
Ale przydatne do wyjaśnienia reaktywności i wiązań chemicznych niektórych pierwiastków, model Bohra atomu nie odzwierciedla dokładnie jak elektrony są przestrzennie rozmieszczone wokół jądra. Nie kr±ż± one wokół j±dra jak ziemia wokół słońca, ale znajduj± się raczej w orbitalach elektronowych. Te stosunkowo skomplikowane kształty wynikają z faktu, że elektrony zachowują się nie tylko jak cząstki, ale także jak fale. Równania matematyczne z mechaniki kwantowej, znane jako funkcje falowe, mogą przewidzieć z pewnym prawdopodobieństwem, gdzie elektron może się znaleźć w danym momencie. Obszar, w którym elektron najprawdopodobniej się znajdzie, nazywa się jego orbitalem.
Pierwsza powłoka elektronowa
Najbliższy orbital do jądra, zwany orbitalem 1s, może pomieścić do dwóch elektronów. Ten orbital jest odpowiednikiem najbardziej wewnętrznej powłoki elektronowej w modelu Bohra atomu. Jest on nazywany orbitalem 1s, ponieważ jest sferyczny wokół jądra. Orbital 1s jest zawsze zapełniany przed jakimkolwiek innym orbitalem. Wodór posiada jeden elektron, dlatego ma zajęte tylko jedno miejsce w orbitalu 1s. Jest to oznaczane jako 1s1, gdzie indeks 1 odnosi się do jednego elektronu w obrębie orbitalu 1s. Hel posiada dwa elektrony, dlatego może całkowicie wypełnić orbital 1s swoimi dwoma elektronami. Jest to oznaczane jako 1s2, odnosząc się do dwóch elektronów helu na orbitalu 1s. Na układzie okresowym, wodór i hel są jedynymi dwoma pierwiastkami w pierwszym rzędzie (okresie); dzieje się tak dlatego, że są one jedynymi pierwiastkami posiadającymi elektrony tylko w pierwszej powłoce, orbitalu 1s.
Druga powłoka elektronowa
Diagram orbitali S i P: Podpowłoki s mają kształt kuli. Zarówno powłoki główne 1n i 2n mają orbital s, ale rozmiar sfery jest większy w orbitalu 2n. Każda sfera jest pojedynczym orbitalem. p podpowłoki są zbudowane z trzech orbitali w kształcie hantli. Główna powłoka 2n ma podpowłokę p, ale powłoka 1 nie.
Druga powłoka elektronowa może zawierać osiem elektronów. Ta powłoka zawiera inny sferyczny orbital s i trzy „hantle” w kształcie orbitali p, z których każdy może pomieścić dwa elektrony. Po tym jak orbital 1s jest wypełniony, druga powłoka elektronowa jest wypełniona, najpierw wypełniając orbital 2s, a następnie trzy orbitale p. Podczas wypełniania orbitali p, każdy z nich przyjmuje jeden elektron; gdy każdy z orbitali p posiada elektron, drugi może być dodany. Lit (Li) zawiera trzy elektrony, które zajmują pierwszą i drugą powłokę. Dwa elektrony wypełniają orbital 1s, a trzeci elektron wypełnia orbital 2s. Jego konfiguracja elektronowa to 1s22s1. Neon (Ne), z drugiej strony, ma w sumie dziesięć elektronów: dwa znajdują się na najbardziej wewnętrznym orbitalu 1s, a osiem wypełnia jego drugą powłokę (po dwa na orbitalu 2s i trzech p). Tak więc, jest to gaz obojętny i energetycznie stabilny: rzadko tworzy wiązania chemiczne z innymi atomami.
Trzecia powłoka elektronowa
Większe elementy mają dodatkowe orbitale, tworząc trzecią powłokę elektronową. Podpowłoki d i f mają bardziej złożone kształty i zawierają odpowiednio pięć i siedem orbitali. Główna powłoka 3n ma podpowłoki s, p, i d i może pomieścić 18 elektronów. Główna powłoka 4n ma orbitale s, p, d i f i może pomieścić 32 elektrony. Oddalając się od jądra, liczba elektronów i orbitali znajdujących się na poziomach energetycznych wzrasta. Przechodząc od jednego atomu do następnego w układzie okresowym, struktura elektronowa może być opracowana przez dopasowanie dodatkowego elektronu do następnego dostępnego orbitalu. Podczas gdy koncepcje powłok elektronowych i orbitali są blisko spokrewnione, orbitale zapewniają dokładniejsze przedstawienie konfiguracji elektronowej atomu, ponieważ model orbitalny określa różne kształty i specjalne orientacje wszystkich miejsc, które elektrony mogą zajmować.
.