Powłoka elektronowa - Electron shell
W chemicznych i fizycznych atomowej An powłoka elektronowa może być traktowane jako orbity następnie elektronów wokół atomu „s jądra . Powłoka najbliżej jądra nazywana jest „ powłoką 1 ” (nazywaną również „powłoką K”), po której następuje „ powłoka 2 ” (lub „powłoka L”), a następnie „ powłoka 3 ” (lub „powłoka M” ) i tak dalej coraz dalej od jądra. Powłoki odpowiadają głównym liczbom kwantowym ( n = 1, 2, 3, 4 ...) lub są oznaczone alfabetycznie literami używanymi w notacji rentgenowskiej (K, L, M, …).
Każda powłoka może zawierać tylko ustaloną liczbę elektronów: pierwsza powłoka może pomieścić do dwóch elektronów, druga powłoka może pomieścić do ośmiu (2+6) elektronów, trzecia powłoka może pomieścić do 18 (2+6+10) ) i tak dalej. Ogólny wzór jest taki, że n- ta powłoka może w zasadzie pomieścić do 2 ( n 2 ) elektronów. Wyjaśnienie, dlaczego elektrony istnieją w tych powłokach, patrz konfiguracja elektronowa .
Każda powłoka składa się z jednej lub więcej podpowłok , a każda podpowłoka z jednego lub więcej orbitali atomowych .
Historia
Terminologia powłoki pochodzi z modyfikacji modelu Bohra dokonanej przez Arnolda Sommerfelda . Sommerfeld zachował model planetarny Bohra, ale dodał lekko eliptyczne orbity (charakteryzujące się dodatkowymi liczbami kwantowymi ℓ i m ), aby wyjaśnić drobną strukturę spektroskopową niektórych pierwiastków. Wielokrotne elektrony o tej samej głównej liczbie kwantowej ( n ) miały bliskie orbity, które tworzyły „powłokę” o dodatniej grubości zamiast nieskończenie cienkiej, kołowej orbity modelu Bohra.
Obecność powłok elektronowych zaobserwowano najpierw doświadczalnie Charles Barkla „S Henry Moseley ” S rentgenowskich badań absorpcji. Barkla oznaczył je literami K, L, M, N, O, P i Q. Pochodzenie tej terminologii było alfabetyczne. Podejrzewano również serię „J”, chociaż późniejsze eksperymenty wykazały, że linie absorpcji K są wytwarzane przez najbardziej wewnętrzne elektrony. Później okazało się, że litery te odpowiadają wartościom n 1, 2, 3 itd. Są one używane w spektroskopowej notacji Siegbahn .
Podpowłoki
Każda powłoka składa się z jednej lub więcej podpowłok, które same składają się z orbitali atomowych . Na przykład pierwsza powłoka (K) ma jedną podpowłokę o nazwie 1s ; druga powłoka (L) ma dwie podpowłoki, nazwane 2s i 2p ; trzecia powłoka ma 3s , 3p i 3d ; czwarta powłoka ma 4s , 4p , 4d i 4f ; piąta powłoka ma 5s , 5p , 5d i 5f i teoretycznie może pomieścić więcej w podpowłoce 5g, która nie jest zajęta w konfiguracji elektronowej stanu podstawowego żadnego znanego pierwiastka. W poniższej tabeli przedstawiono różne możliwe podpowłoki:
Etykieta podpowłoki | ℓ | Maksymalna liczba elektronów | Zawierające go muszle | Nazwa historyczna |
---|---|---|---|---|
s | 0 | 2 | Każda muszla | s harfa |
P | 1 | 6 | 2. powłoka i wyższa | p rincipal |
D | 2 | 10 | 3. powłoka i wyższa | d iffuse |
F | 3 | 14 | 4. powłoka i wyższa | f undamental |
g | 4 | 18 | 5. powłoka i wyższa (teoretycznie) | (następna w alfabecie po f ) |
- Pierwsza kolumna to „etykieta podpowłoki”, etykieta pisana małymi literami dla typu podpowłoki. Na przykład „ podpowłoka 4s ” jest podpowłoką czwartej (N) powłoki, o typie ( s ) opisanym w pierwszym wierszu.
- Druga kolumna to azymutalna liczba kwantowa (ℓ) podpowłoki. Dokładna definicja obejmuje mechanikę kwantową , ale jest to liczba, która charakteryzuje podpowłokę.
- Trzecia kolumna to maksymalna liczba elektronów, które można umieścić w podpowłoce tego typu. Na przykład górny wiersz mówi, że każda podpowłoka typu s ( 1s , 2s itd.) może zawierać co najwyżej dwa elektrony. W każdym przypadku cyfra jest o 4 większa niż ta powyżej.
- Czwarta kolumna mówi, które pociski mają podpowłokę tego typu. Na przykład, patrząc na dwa górne wiersze, każda powłoka ma podpowłokę s , podczas gdy tylko druga i wyższa powłoka ma podpowłokę p (tj. nie ma podpowłoki „1p”).
- Ostatnia kolumna podaje historyczne pochodzenie etykiet s , p , d i f . Pochodzą z wczesnych badań atomowych linii widmowych . Pozostałe etykiety, a mianowicie g , h oraz i , są alfabetyczną kontynuacją po ostatniej historycznie pocho- dzącej etykiecie f .
Liczba elektronów w każdej powłoce
Każda podpowłoka jest ograniczona do przechowywania co najwyżej 4 ℓ + 2 elektronów, a mianowicie:
- Każda podpowłoka s zawiera co najwyżej 2 elektrony
- Każda podpowłoka p zawiera co najwyżej 6 elektronów
- Każda podpowłoka d zawiera co najwyżej 10 elektronów
- Każda podpowłoka f zawiera co najwyżej 14 elektronów
- Każda podpowłoka g zawiera co najwyżej 18 elektronów
Dlatego powłoka K, która zawiera tylko podpowłokę s , może pomieścić do 2 elektronów; powłoka L, która zawiera s i p , może pomieścić do 2 + 6 = 8 elektronów i tak dalej; ogólnie rzecz biorąc, n- ta powłoka może pomieścić do 2 n 2 elektronów.
Nazwa powłoki |
Nazwa podpowłoki |
Maksymalna liczba elektronów podpowłoki |
Maksymalna liczba elektronów powłoki |
---|---|---|---|
K | 1s | 2 | 2 |
L | 2s | 2 | 2 + 6 = 8 |
2p | 6 | ||
m | 3s | 2 | 2 + 6 + 10 = 18 |
3p | 6 | ||
3d | 10 | ||
n | 4s | 2 | 2 + 6 + 10 + 14 = 32 |
4p | 6 | ||
4d | 10 | ||
4f | 14 | ||
O | 5s | 2 | 2 + 6 + 10 + 14 + 18 = 50 |
5p | 6 | ||
5d | 10 | ||
5f | 14 | ||
5g | 18 |
Chociaż ten wzór daje w zasadzie maksimum, w rzeczywistości maksimum jest osiągane (przez znane elementy) tylko dla pierwszych czterech powłok (K, L, M, N). Żaden znany pierwiastek nie ma więcej niż 32 elektrony w jednej powłoce. Dzieje się tak, ponieważ podpowłoki są wypełnione zgodnie z zasadą Aufbau . Pierwsze elementy posiadają więcej niż 32 elektronów w jednej powłoce, że należące do G-bloków w okresie 8 do okresowego . Te pierwiastki miałyby trochę elektronów w swojej podpowłoce 5g, a zatem miałyby więcej niż 32 elektrony w powłoce O (piąta powłoka główna).
Energie podpowłoki i kolejność wypełniania
Chociaż czasami mówi się, że wszystkie elektrony w powłoce mają tę samą energię, jest to przybliżenie. Jednak elektrony w jednej podpowłoce mają dokładnie ten sam poziom energii, przy czym późniejsze podpowłoki mają więcej energii na elektron niż wcześniejsze. Efekt ten jest na tyle duży, że zakresy energii związane z pociskami mogą się nakładać.
Wypełnianie powłok i podpowłok elektronami przebiega od podpowłok o niższej energii do podpowłok o wyższej energii. Wynika to z reguły n + ℓ, która jest również powszechnie znana jako reguła Madelunga. Podpowłoki o niższej wartości n + ℓ są wypełniane przed podpowłokami o wyższych wartościach n + ℓ . W przypadku równych wartości n + ℓ podpowłoka z mniejszą wartością n jest wypełniana jako pierwsza.
Lista pierwiastków z elektronami na powłokę
Poniższa lista zawiera pierwiastki uporządkowane według rosnącej liczby atomowej i pokazuje liczbę elektronów na powłokę. Na pierwszy rzut oka podzbiory listy pokazują oczywiste wzorce. W szczególności każdy zestaw pięciu elementów (w błękit elektryczny ) przed każdym gazem szlachetnym (grupa 18, in żółty ) cięższy od helu ma w zewnętrznej powłoce kolejne liczby elektronów, mianowicie od trzech do siedmiu.
Sortowanie tabeli według grup chemicznych pokazuje dodatkowe wzorce, zwłaszcza w odniesieniu do dwóch ostatnich zewnętrznych powłok. (Elementy 57 do 71 należą do lantanowców , a 89 do 103 do aktynowców .)
Poniższa lista jest przede wszystkim zgodna z zasadą Aufbau . Istnieje jednak szereg wyjątków od reguły; na przykład pallad (liczba atomowa 46) nie ma elektronów w piątej powłoce, w przeciwieństwie do innych atomów o niższej liczbie atomowej. Niektóre wpisy w tabeli są niepewne, gdy dane eksperymentalne są niedostępne. (Na przykład pierwiastki po 108 mają tak krótkie okresy półtrwania, że ich konfiguracje elektronowe nie zostały jeszcze zmierzone.)
Z | Element | Liczba elektronów/powłokę | Grupa |
---|---|---|---|
1 | Wodór | 1 | 1 |
2 | Hel | 2 | 18 |
3 | Lit | 2, 1 | 1 |
4 | Beryl | 2, 2 | 2 |
5 | Bor | 2, 3 | 13 |
6 | Węgiel | 2, 4 | 14 |
7 | Azot | 2, 5 | 15 |
8 | Tlen | 2, 6 | 16 |
9 | Fluor | 2, 7 | 17 |
10 | Neon | 2, 8 | 18 |
11 | Sód | 2, 8, 1 | 1 |
12 | Magnez | 2, 8, 2 | 2 |
13 | Aluminium | 2, 8, 3 | 13 |
14 | Krzem | 2, 8, 4 | 14 |
15 | Fosfor | 2, 8, 5 | 15 |
16 | Siarka | 2, 8, 6 | 16 |
17 | Chlor | 2, 8, 7 | 17 |
18 | Argon | 2, 8, 8 | 18 |
19 | Potas | 2, 8, 8, 1 | 1 |
20 | Wapń | 2, 8, 8, 2 | 2 |
21 | Skand | 2, 8, 9, 2 | 3 |
22 | Tytan | 2, 8, 10, 2 | 4 |
23 | Wanad | 2, 8, 11, 2 | 5 |
24 | Chrom | 2, 8, 13, 1 | 6 |
25 | Mangan | 2, 8, 13, 2 | 7 |
26 | Żelazo | 2, 8, 14, 2 | 8 |
27 | Kobalt | 2, 8, 15, 2 | 9 |
28 | Nikiel | 2, 8, 16, 2 | 10 |
29 | Miedź | 2, 8, 18, 1 | 11 |
30 | Cynk | 2, 8, 18, 2 | 12 |
31 | Gal | 2, 8, 18, 3 | 13 |
32 | German | 2, 8, 18, 4 | 14 |
33 | Arsen | 2, 8, 18, 5 | 15 |
34 | Selen | 2, 8, 18, 6 | 16 |
35 | Brom | 2, 8, 18, 7 | 17 |
36 | Krypton | 2, 8, 18, 8 | 18 |
37 | Rubid | 2, 8, 18, 8, 1 | 1 |
38 | Stront | 2, 8, 18, 8, 2 | 2 |
39 | Itr | 2, 8, 18, 9, 2 | 3 |
40 | Cyrkon | 2, 8, 18, 10, 2 | 4 |
41 | Niob | 2, 8, 18, 12, 1 | 5 |
42 | Molibden | 2, 8, 18, 13, 1 | 6 |
43 | Technet | 2, 8, 18, 13, 2 | 7 |
44 | Ruten | 2, 8, 18, 15, 1 | 8 |
45 | Rod | 2, 8, 18, 16, 1 | 9 |
46 | Paladium | 2, 8, 18, 18 | 10 |
47 | Srebro | 2, 8, 18, 18, 1 | 11 |
48 | Kadm | 2, 8, 18, 18, 2 | 12 |
49 | Ind | 2, 8, 18, 18, 3 | 13 |
50 | Cyna | 2, 8, 18, 18, 4 | 14 |
51 | Antymon | 2, 8, 18, 18, 5 | 15 |
52 | Tellur | 2, 8, 18, 18, 6 | 16 |
53 | Jod | 2, 8, 18, 18, 7 | 17 |
54 | Ksenon | 2, 8, 18, 18, 8 | 18 |
55 | Cez | 2, 8, 18, 18, 8, 1 | 1 |
56 | Bar | 2, 8, 18, 18, 8, 2 | 2 |
57 | Lantan | 2, 8, 18, 18, 9, 2 | |
58 | Cer | 2, 8, 18, 19, 9, 2 | |
59 | Prazeodym | 2, 8, 18, 21, 8, 2 | |
60 | Neodym | 2, 8, 18, 22, 8, 2 | |
61 | promet | 2, 8, 18, 23, 8, 2 | |
62 | Samar | 2, 8, 18, 24, 8, 2 | |
63 | Europ | 2, 8, 18, 25, 8, 2 | |
64 | Gadolin | 2, 8, 18, 25, 9, 2 | |
65 | Terb | 2, 8, 18, 27, 8, 2 | |
66 | Dysproz | 2, 8, 18, 28, 8, 2 | |
67 | Holmium | 2, 8, 18, 29, 8, 2 | |
68 | Erb | 2, 8, 18, 30, 8, 2 | |
69 | Tul | 2, 8, 18, 31, 8, 2 | |
70 | Iterb | 2, 8, 18, 32, 8, 2 | |
71 | Lutet | 2, 8, 18, 32, 9, 2 | 3 |
72 | Hafn | 2, 8, 18, 32, 10, 2 | 4 |
73 | Tantal | 2, 8, 18, 32, 11, 2 | 5 |
74 | Wolfram | 2, 8, 18, 32, 12, 2 | 6 |
75 | Ren | 2, 8, 18, 32, 13, 2 | 7 |
76 | Osm | 2, 8, 18, 32, 14, 2 | 8 |
77 | Iryd | 2, 8, 18, 32, 15, 2 | 9 |
78 | Platyna | 2, 8, 18, 32, 17, 1 | 10 |
79 | Złoto | 2, 8, 18, 32, 18, 1 | 11 |
80 | Rtęć | 2, 8, 18, 32, 18, 2 | 12 |
81 | Tal | 2, 8, 18, 32, 18, 3 | 13 |
82 | Prowadzić | 2, 8, 18, 32, 18, 4 | 14 |
83 | Bizmut | 2, 8, 18, 32, 18, 5 | 15 |
84 | Polon | 2, 8, 18, 32, 18, 6 | 16 |
85 | Astatin | 2, 8, 18, 32, 18, 7 | 17 |
86 | Radon | 2, 8, 18, 32, 18, 8 | 18 |
87 | Francium | 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1 | 1 |
88 | Rad | 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2 | 2 |
89 | Aktyn | 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2 | |
90 | Tor | 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2 | |
91 | Protaktyn | 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2 | |
92 | Uran | 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 | |
93 | Neptun | 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2 | |
94 | Pluton | 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2 | |
95 | Ameryk | 2, 8, 18, 32, 25, 8, 2 | |
96 | Kiur | 2, 8, 18, 32, 25, 9, 2 | |
97 | Berkel | 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2 | |
98 | Kaliforn | 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2 | |
99 | Einsteina | 2, 8, 18, 32, 29, 8, 2 | |
100 | Ferm | 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2 | |
101 | Mendelew | 2, 8, 18, 32, 31, 8, 2 | |
102 | Nobel | 2, 8, 18, 32, 32, 8, 2 | |
103 | Wawrzyńca | 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3 | 3 |
104 | Rutherford | 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2 | 4 |
105 | Dubnium | 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 | 5 |
106 | Seaborgium | 2, 8, 18, 32, 32, 12, 2 | 6 |
107 | Bohrium | 2, 8, 18, 32, 32, 13, 2 | 7 |
108 | Hass | 2, 8, 18, 32, 32, 14, 2 | 8 |
109 | Meitnerium | 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (?) | 9 |
110 | Darmsztadt | 2, 8, 18, 32, 32, 16, 2 (?) | 10 |
111 | Rentgen | 2, 8, 18, 32, 32, 17, 2 (?) | 11 |
112 | Kopernik | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 (?) | 12 |
113 | Nihon | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 3 (?) | 13 |
114 | Flerow | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4 (?) | 14 |
115 | Moskwa | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 5 (?) | 15 |
116 | Livermorium | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 6 (?) | 16 |
117 | Tennessine | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7 (?) | 17 |
118 | Oganesson | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8 (?) | 18 |
Zobacz też
- Układ okresowy (konfiguracje elektronowe)
- Liczenie elektronów
- 18-elektronowa reguła
- Opłata podstawowa