Czym są powłoki elektronowe?
Powłoki elektronowe to poziomy energetyczne, na których znajdują się elektrony atomu, ułożone warstwami wokół jądra. Pierwsza powłoka mieści do 2 elektronów, a druga do 8, a dla pierwszych 20 pierwiastków trzecia powłoka też kończy się na 8, co daje schemat 2-8-8. Model Bohra rysuje powłoki jako okręgi wokół jądra, co jest wygodnym, lecz uproszczonym obrazem.
Powłoki: warstwy elektronów
Elektrony wokół jądra znajdują się na powłokach, zwanych też poziomami energetycznymi, które działają trochę jak piętra budynku. Pierwsza powłoka jest najbliżej jądra i ma najniższą energię, a każda następna jest dalej i ma wyższą energię.
Powłoki numeruje się 1, 2, 3 i tak dalej, od jądra na zewnątrz, a mają one także nazwy literowe: K, L, M i N dla pierwszych czterech. Numer okresu pierwiastka mówi, ile powłok wykorzystują jego atomy, więc sód, leżący w okresie 3, ma elektrony na trzech powłokach.
Ile elektronów mieści się na każdej powłoce
Każda powłoka może pomieścić maksymalną liczbę elektronów, podaną wzorem 2n², gdzie n to numer powłoki. Pierwsza powłoka mieści 2 × 1² = 2, druga 2 × 2² = 8, trzecia 2 × 3² = 18, a czwarta 2 × 4² = 32.
Elektrony zapełniają najpierw powłokę o najniższej energii, a gdy powłoka jest pełna, kolejny elektron zaczyna nową powłokę dalej od jądra. Dwa elektrony helu zapełniają pierwszą powłokę, więc trzeci elektron litu musi trafić na drugą powłokę, co daje układ 2, 1.
Schemat 2-8-8 dla pierwszych 20 pierwiastków
Dla pierwszych 20 pierwiastków jedna prosta reguła podaje rozmieszczenie elektronów: umieść 2 elektrony na pierwszej powłoce, do 8 na drugiej, do 8 na trzeciej, a pozostałe na czwartej. Węgiel (6 elektronów) ma 2, 4. Sód (11) ma 2, 8, 1. Chlor (17) ma 2, 8, 7. Argon (18) ma 2, 8, 8.
Trzecia powłoka mogłaby pomieścić 18 elektronów, a jednak potas (19) ma 2, 8, 8, 1, a wapń (20) ma 2, 8, 8, 2, ponieważ pierwsza część czwartej powłoki ma nieco niższą energię niż reszta trzeciej. Od skandu (21) elektrony znów zapełniają trzecią powłokę, więc reguła 2-8-8 działa tylko do wapnia.
Rysowanie diagramu Bohra
Diagram Bohra to szybki szkic powłok atomu. Narysuj małe koło dla jądra z symbolem pierwiastka w środku, potem po jednym okręgu dla każdej powłoki i umieść elektrony na okręgach jako kropki.
Przykład: sód. Jego liczba atomowa to 11, więc obojętny atom sodu ma 11 elektronów. Umieść 2 na pierwszym okręgu, zostaje 9. Umieść 8 na drugim okręgu, zostaje 1, i ten ostatni elektron znajduje się sam na trzecim okręgu. Diagram pokazuje 2, 8, 1.
Dlaczego powłoka zewnętrzna ma znaczenie
Elektrony na najbardziej zewnętrznej powłoce, czyli elektrony walencyjne, decydują o tym, jak atom reaguje. Atomy z pełną powłoką zewnętrzną, takie jak neon (2, 8) i argon (2, 8, 8), prawie wcale nie reagują. Lit (2, 1), sód (2, 8, 1) i potas (2, 8, 8, 1) mają po jednym elektronie zewnętrznym, który łatwo oddają, więc wszystkie trzy są reaktywnymi metalami.
Model Bohra i jego ograniczenia
Duński fizyk Niels Bohr zaproponował ten model w 1913 roku. Zasugerował, że elektrony poruszają się po stałych orbitach o stałych energiach i emitują światło, gdy przeskakują z wyższej orbity na niższą. Wyjaśniło to dokładne barwy światła świecącego gazowego wodoru, co było wówczas wielkim sukcesem.
Model ma jednak ograniczenia. Poprawnie przewiduje światło tylko od wodoru i innych atomów jednoelektronowych, a elektrony tak naprawdę nie krążą wokół jądra jak planety wokół Słońca. We współczesnym modelu kwantowym każdy elektron zajmuje orbital, czyli obszar, w którym najprawdopodobniej się znajduje, a każda powłoka dzieli się na podpowłoki zwane s, p, d i f. Nadal jest to przydatne narzędzie do liczenia elektronów, o ile pamiętasz, że jest uproszczone.
Najważniejsze
- Elektrony są rozmieszczone na powłokach, czyli poziomach energetycznych, numerowanych 1, 2, 3 i 4 lub oznaczanych literami K, L, M i N.
- Powłoka może pomieścić do 2n² elektronów: 2 na pierwszej, 8 na drugiej, 18 na trzeciej i 32 na czwartej.
- Dla pierwszych 20 pierwiastków powłoki zapełniają się według schematu 2-8-8, więc wapń ma 2, 8, 8, 2.
- Powłoka zewnętrzna zawiera elektrony walencyjne, które kontrolują sposób reagowania atomu.
- Model Bohra jest przydatny do liczenia elektronów, ale prawdziwe elektrony zajmują orbitale, a nie równe tory kołowe.
Sprawdź się
Trzy szybkie pytania z tej lekcji.
1. Jaka jest największa liczba elektronów, jaką może pomieścić pierwsza powłoka (powłoka K)?
Pokaż odpowiedź
2 — Ze wzoru 2n² dla n = 1 otrzymujemy 2 × 1² = 2 elektrony.2. Jakie jest rozmieszczenie elektronów w chlorze, który ma 17 elektronów?
Pokaż odpowiedź
2, 8, 7 — Umieść 2 elektrony na pierwszej powłoce i 8 na drugiej, co zostawia 7 dla trzeciej powłoki.3. Które stwierdzenie opisuje ograniczenie modelu Bohra?