Elektronkesta — aatomi elektronide, orbitaalide ja konfiguratsiooni ülevaade
Elektronkesta: põhjalik ülevaade aatomi elektronidest, orbitaalidest ja elektronkonfiguratsioonist — selged selgitused, valemid ja illustratsioonid õppimiseks ja viideteks.
Elektronkesta on aatomi väline osa, mis paikneb aatomituuma ümber ja sisaldab kõiki selle vabu elektrone. Selles asuvad elektronid ja see on aatomi orbitaalide rühm — see tähendab orbitaalide komplekt, mille peamine kvantarv n on sama väärtusega.
Elektronkestadel on oma struktuur: iga kest koosneb ühest või enamast alamkestast ehk alltasandist, millel omakorda paiknevad orbitaalid. Nendel alltasanditel on kaks või enam orbitaali, millel on sama nurkamomendi kvantarv l. Kokkuvõttes määrab aatomi elektronkonfiguratsioon, kuidas elektronid kestade ja alltasandite vahel paiknevad. Maksimaalne elektronide arv, mis võib ühes kestas olla, on võrdne 2 n 2 {\displaystyle 2n^{2}} 
.
Päritolu mõistele "kest" andis Bohri mudel: Bohri mudeli kohaselt liikusid elektronid ümber tuuma kindlaksmääratud ringorbiitidel nii, et neist tekkisid selged "kestad". Kuigi tänapäevane kvantmehaanika kirjeldab elektronide paiknemist orbitaalide ja tõenäosusjaotuste kaudu, jääb termin "elektronkest" mugavaks viiteks elektronide energiatasetele ja järjestusele. Samuti selgub, et elektronide eri orbiidid võivad moodustada spetsiifilisi orbiite ja energiastruktuure, mille mõistmine on oluline keemia ja füüsika kontekstis. Niels Henrik David Bohr oli selle idee algataja.
Põhikomponendid ja kvantarvud
- Peamine kvantarv (n) määrab kestade energia- ja suurusastme (n = 1, 2, 3 ...).
- Nurkamomendi kvantarv (l) määrab alltasandi (s, p, d, f jne) ja orbitaali kuju (l = 0, 1, 2, 3 ...).
- Magnetkvantarv (m) kirjeldab orbitaali orientatsiooni ruumis (m = -l ... +l).
- Spinkvantarv (ms) kirjeldab elektroni pöörlemist (+1/2 või -1/2) ning võimaldab sama orbitaali puhul olla maksimaalselt kaks elektroni vastupidiste spinidega.
Orbitaalitüübid ja nende omadused
- s-orbitaal (l = 0): kuju on sfääriline, igas kestas üks s-orbitaal (maksimaalselt 2 elektroni).
- p-orbitaalid (l = 1): kolmel orientatsioonil (px, py, pz), kokku kuni 6 elektroni ühe kestaga seotud p-alamkestal.
- d- ja f-orbitaalid (l = 2 ja 3): keerukamad kujud ja suurem elektronide arv vastaval alltasandil (d kuni 10, f kuni 14 elektroni).
Elektronide paigutumise reeglid
- Aufbau põhimõte: elektronid täidavad esmalt madalama energiaga orbitale.
- Paulie keeld: ühes orbitaalis ei saa olla kaht sama spinsu elektroni.
- Hund'i reegel: eri orbitale sama energia korral paigutuvad elektronid esmalt üksi sama spiniga, alles seejärel täidetakse paarid.
Keemiline tähendus ja väliskesta roll
Väliskest (kõige suurem peamise kvantarvuga n) määrab suuresti aatomi keemilised omadused: selle reageerimisvõime, oksüdatsioonisordid ja sidemete loomise eelistused. Aatomid püüavad sageli saavutada stabiilse täidetud väliskesta (näiteks inertgaasidega sarnaneva konfiguratsiooni), mis selgitab ioonide ja molekulide moodustumist.
Kokkuvõte
Elektronkest on praktiline ja kontseptuaalne vahend aatomis elektroonilise struktuuri mõistmiseks: see koondab orbitaalid, alltasandid ja kvantarvud, mis koos määravad, kuidas elektronid ja see on paiknevad ning kuidas aatomi elektronkonfiguratsioon kujuneb. Kuigi klassikaline pildistus kui "elektronid, mis liiguvad ringikujulistes orbiitides" on asendunud kvantmehaanilise tõenäosuspildiga, jääb mõiste "kest" kasulikuks ja laialdaselt kasutatuks mõisteks keemias ja füüsikas.
Näide naatriumi elektronkesta mudeli kohta, millel on kolm kesta
Valentsikoorik
Valentsuskoor on aatomi kõige välimine koor, mis sisaldab aatomi ühendamata olekus olevaid elektrone, mis kõige tõenäolisemalt määravad aatomiga toimuvate reaktsioonide ja sidemete iseloomu, mis on seotud teiste aatomitega. Tuleb silmas pidada, et iooni kõige välimist kestat ei nimetata tavaliselt valentsuskooreks. Valentsikoores olevaid elektrone nimetatakse valentselektronideks.
Väärisgaasides on aatomil tavaliselt 8 elektroni oma väliskoores (välja arvatud heeliumil, mis suudab oma koore täita ainult 2 elektroniga). See on mudeliks kaheksandireeglile, mis on enamasti kohaldatav teise ja kolmanda perioodi põhirühma elementide suhtes. Aatomi orbitaalide osas jaotuvad elektronid valentsuskoores 2 aatomi s-orbitaali ja 2 p-orbitaali.
Üleminekumetalle sisaldavate koordinatsioonikomplekside valentsuskoor koosneb elektronidest nendes s- ja p-orbitaalides, samuti kuni 10 lisaelektronist, mis on jaotatud 2 elektroni igasse 5 d-orbitaali, nii et sellise ühendi täielikuks valentsuskooreks on kokku 18 elektroni. Seda nimetatakse kaheksateistkümne elektroni reegliks.
| Võimalik elektronide arv kestades 1-5 | |
| Shell | Elektronid |
| 1 | 2 |
| 2 | 8 |
| 3 | 18 |
| 4 | 32 |
| 5 | 32 |
| 6 | 18 |
| 7 | 8 |
Subshells
Elektronide alamkehasid tähistatakse tähtedega s, p, d, f, g, h, i jne, mis vastavad asimutaalsetele kvantarvudele (l-väärtustele) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 jne. Iga kest võib sisaldada vastavalt 2, 6, 10, 14 ja 18 elektroni ehk 2(2l + 1) elektroni igas alamkesta. Tähistused "s", "p", "d" ja "f" pärinevad nüüdseks diskrediteeritud süsteemist, mille kohaselt spektriliine liigitatakse nende täheldatud peenstruktuuri alusel "teravaks", "põhiliseks", "hajaliseks" või "fundamentaalseks". Kui esimesed neli orbitaaltüüpi kirjeldati, seostati neid nende spektrijoonetüüpidega, kuid muid nimetusi ei olnud. Nimetused "g", "h" ja nii edasi tuletati tähestikulise järjekorra järgi.
Küsimused ja vastused
K: Mis on elektronkesta?
V: Elektronkesta ehk peamine energiatase on aatomi osa, kus elektronid tiirlevad ümber aatomituuma.
K: Mitu elektroni võib olla teatavas kestas?
V: Elektronide arv, mis võib olla teatavas kestas, on võrdne 2n2.
K: Mida väidab Bohri mudel elektronide kohta?
V: Bohri mudel väidab, et elektronid tiirlevad ümber tuuma teatud vahemaa tagant, nii et nende orbiidid moodustavad "kestad".
K: Kes esitas selle mõiste?
V: Selle termini esitas Niels Henrik David Bohr.
K: Millest koosneb aatomi elektronide konfiguratsioon?
V: Aatomi elektronide konfiguratsiooni moodustavad elektronide kestad.
K: Kas kõik aatomid koosnevad ühest või mitmest elektronkesta?
V: Jah, kõigil aatomitel on üks või mitu elektronkesta.
K: Kas kõikidel elektronkestadel on erinev arv elektrone?
V: Jah, kõikidel elektronkestadel on erinev arv elektrone.
Otsige