Boundless Microbiology
Elektronorbitaler
Elektronorbitaler är tredimensionella representationer av det utrymme där en elektron sannolikt finns.
Lärandemål
Skillnad mellan elektronbanor i Bohrmodellen och kvantmekaniska banor
Nyckelresultat
Nyckelresultat. Points
- Borrs modell av atomen återspeglar inte exakt hur elektronerna är rumsligt fördelade runt kärnan eftersom de inte kretsar runt kärnan som jorden kretsar runt solen.
- Elektronernas banor är resultatet av matematiska ekvationer från kvantmekaniken som kallas vågfunktioner och kan inom en viss sannolikhetsnivå förutsäga var en elektron kan befinna sig vid varje given tidpunkt.
- Antalet och typen av orbitaler ökar med stigande atomnummer och fyller olika elektronskal.
- Det område där en elektron med största sannolikhet befinner sig kallas för dess orbital.
Nyckelbegrepp
- elektronskal: De kollektiva tillstånden för alla elektroner i en atom som har samma huvudsakliga kvantnummer (visualiseras som en bana i vilken elektronerna rör sig).
- Orbital: En specifikation av energi- och sannolikhetstätheten hos en elektron vid varje punkt i en atom eller molekyl.
Och även om den är användbar för att förklara reaktiviteten och den kemiska bindningen hos vissa grundämnen, återspeglar Bohrs atommodell av atomen inte exakt hur elektronerna är rumsligt fördelade runt kärnan. De kretsar inte runt kärnan som jorden kretsar runt solen, utan befinner sig snarare i elektronorbitaler. Dessa relativt komplexa former beror på att elektroner inte bara beter sig som partiklar utan också som vågor. Matematiska ekvationer från kvantmekaniken, så kallade vågfunktioner, kan med en viss grad av sannolikhet förutsäga var en elektron kan befinna sig vid en viss tidpunkt. Det område där en elektron med största sannolikhet befinner sig kallas för dess orbital.
Första elektronskalet
Det närmaste orbitalet till kärnan, det så kallade 1s orbitalet, kan rymma upp till två elektroner. Denna orbital motsvarar det innersta elektronskalet i Bohrs modell av atomen. Den kallas 1s orbital eftersom den är sfärisk runt kärnan. 1s-bobitalen är alltid fylld före alla andra orbitaler. Vätgas har en elektron; därför har den bara en plats i 1s-borgitalet som är upptagen. Detta betecknas som 1s1, där den översatta 1:an hänvisar till den enda elektronen i 1s-blocket. Helium har två elektroner och kan därför helt fylla 1s-bitalet med sina två elektroner. Detta betecknas som 1s2, vilket hänvisar till heliums två elektroner i 1s-bitalet. På det periodiska systemet är väte och helium de enda två grundämnena i den första raden (perioden); detta beror på att de är de enda grundämnena som endast har elektroner i sitt första skal, 1s orbitalet.
Det andra elektronskalet
Diagram över S- och P-orbitalerna: S-underskalen är formade som sfärer. Både 1n- och 2n-huvudskalet har en s-orbital, men sfärens storlek är större i 2n-orbitalet. Varje sfär är en enda orbital. p-subskal består av tre hantelformade orbitaler. Huvudskal 2n har ett p-subskal, men det har inte skal 1.
Det andra elektronskalet kan innehålla åtta elektroner. Detta skal innehåller ytterligare en sfärisk s-orbital och tre ”hantelformade” p-orbitaler, som var och en kan rymma två elektroner. Efter att 1s orbital är fylld fylls det andra elektronhöljet genom att först fylla dess 2s orbital och sedan dess tre p orbitaler. När p-orbitalerna fylls tar var och en av dem en enda elektron; när varje p-orbital har en elektron kan en andra läggas till. Litium (Li) innehåller tre elektroner som upptar det första och andra skalet. Två elektroner fyller 1s-bokalen, och den tredje elektronen fyller sedan 2s-bokalen. Dess elektronkonfiguration är 1s22s1. Neon (Ne), å andra sidan, har totalt tio elektroner: två finns i dess innersta 1s-orbital och åtta fyller det andra skalet (två vardera i 2s- och tre p-orbitaler). Det är således en inert gas och energimässigt stabil: den bildar sällan en kemisk bindning med andra atomer.
Tredje elektronskalet
Större grundämnen har ytterligare orbitaler, som utgör det tredje elektronskalet. Underskal d och f har mer komplexa former och innehåller fem respektive sju orbitaler. Huvudskal 3n har s-, p- och d-underskal och kan innehålla 18 elektroner. Huvudskal 4n har s-, p-, d- och f-orbitaler och kan rymma 32 elektroner. När man rör sig bort från kärnan ökar antalet elektroner och orbitaler som finns i energinivåerna. När man går från en atom till nästa i det periodiska systemet kan man räkna ut elektronstrukturen genom att placera in en extra elektron i nästa tillgängliga orbital. Även om begreppen elektronskal och orbitaler är nära besläktade ger orbitaler en mer exakt beskrivning av en atoms elektronkonfiguration eftersom orbitalmodellen specificerar de olika formerna och de speciella orienteringarna för alla de platser som elektroner kan ta upp.