Elektronový obal - Electron shell
V chemii a atomová fyzika , An elektronový obal může být myšlenka jako oběžná dráha následuje elektrony kolem atomu ‚s jádra . Nejbližší skořápka k jádru se nazývá „ 1 skořápka“ (také nazývaná „K skořápka“), následuje „ 2 skořápka“ (nebo „L skořápka“), poté „ 3 skořápka“ (nebo „M skořápka“) ), a tak dále a dále od jádra. Skořápky odpovídají hlavním kvantovým číslům ( n = 1, 2, 3, 4 ...) nebo jsou označeny abecedně písmeny použitými v rentgenové notaci (K, L, M, ...).
Každý obal může obsahovat pouze pevný počet elektronů: První obal může obsahovat až dva elektrony, druhý obal může obsahovat až osm (2 + 6) elektronů, třetí obal může obsahovat až 18 (2 + 6 + 10) ) a tak dále. Obecný vzorec je, že n -tý obal může v zásadě pojmout až 2 ( n 2 ) elektrony. Vysvětlení, proč elektrony v těchto skořápkách existují, najdete v konfiguraci elektronů .
Každá skořepina se skládá z jednoho nebo více subshellů a každý subshell se skládá z jednoho nebo více atomových orbitálů .
Dějiny
Terminologie skořepiny pochází z modifikace Bohrova modelu od Arnolda Sommerfelda . Sommerfeld si zachoval Bohrův planetární model, ale přidal mírně eliptické dráhy (charakterizované dalšími kvantovými čísly ℓ a m ), aby vysvětlil jemnou spektroskopickou strukturu některých prvků. Vícenásobné elektrony se stejným hlavním kvantovým číslem ( n ) měly blízké oběžné dráhy, které místo nekonečně tenké kruhové dráhy Bohrova modelu vytvářely „skořápku“ kladné tloušťky.
Existence elektronových vrstev byla poprvé pozorována experimentálně Charles Barkla ‚s a Henry Moseley ‘ s X-ray studie absorpce. Barkla je označil písmeny K, L, M, N, O, P a Q. Původ této terminologie byl abecední. Byla také podezřelá řada „J“, ačkoli pozdější experimenty naznačovaly, že absorpční linie K jsou produkovány nejvnitřnějšími elektrony. Později se zjistilo, že tato písmena odpovídají n hodnotám 1, 2, 3 atd. Používají se ve spektroskopické Siegbahnově notaci .
Subshells
Každá skořápka je složena z jednoho nebo více subshellů, které jsou samy složeny z atomových orbitálů . Například první (K) shell má jeden subshell, nazývaný 1s ; druhá (L) skořepina má dvě subshell, nazývané 2s a 2p ; třetí shell má 3s , 3p a 3d ; čtvrtý shell má 4s , 4p , 4d a 4f ; pátý obal má 5s , 5p , 5d a 5f a teoreticky může pojmout více v 5g subshell, který není obsazen v konfiguraci základního stavu elektronu žádného známého prvku. V následující tabulce jsou uvedeny různé možné subshells:
Štítek pod skořápkou | ℓ | Maximální počet elektronů | Mušle, které ji obsahují | Historický název |
---|---|---|---|---|
s | 0 | 2 | Každá skořápka | s harfa |
p | 1 | 6 | 2. skořápka a vyšší | hlavní ředitel |
d | 2 | 10 | 3. skořápka a vyšší | d iffuse |
F | 3 | 14 | 4. skořápka a výše | f nepodstatné |
G | 4 | 18 | 5. shell a vyšší (teoreticky) | (další v abecedě po f ) |
- První sloupec je „štítek subshell“, což je označení typu subshell s malými písmeny. Například, „ 4S subshell“ je subshell čtvrtého (N) pláště, s typem ( y ) popsané v první řadě.
- Druhý sloupec je azimutální kvantové číslo (ℓ) subshell. Přesná definice zahrnuje kvantovou mechaniku , ale je to číslo, které charakterizuje subshell.
- Třetí sloupec je maximální počet elektronů, které mohou být vloženy do podškrupiny tohoto typu. Například horní řádek říká, že každý subshell typu s ( 1 s , 2 s atd.) Může obsahovat nejvýše dva elektrony. V každém případě je číslo o 4 větší než číslo nad ním.
- Čtvrtý sloupec říká, které skořepiny mají podshell tohoto typu. Například při pohledu na horní dva řádky má každý shell subshell s , zatímco pouze druhý shell a vyšší mají subshell p (tj. Neexistuje subshell „1p“).
- Poslední sloupec uvádí historický původ štítků s , p , d a f . Pocházejí z raných studií atomových spektrálních čar . Ostatní štítky, jmenovitě g , h a i , jsou abecedním pokračováním po posledním historicky vzniklém štítku f .
Počet elektronů v každém obalu
Každý subshell je omezen na maximálně 4 ℓ + 2 elektrony, a to:
- Každý s subshell pojme maximálně 2 elektrony
- Každý subshell p obsahuje maximálně 6 elektronů
- Každý subshell d obsahuje maximálně 10 elektronů
- Každý f subshell má maximálně 14 elektronů
- Každá subshell g obsahuje maximálně 18 elektronů
Shell K, který obsahuje pouze subshell s , tedy může pojmout až 2 elektrony; skořepina L, která obsahuje s a p , pojme až 2 + 6 = 8 elektronů atd .; obecně n -tý obal pojme až 2 n 2 elektrony.
Název skořápky |
Název subshell |
Maximální počet elektronů pod skořápkou |
Shell maximum elektronů |
---|---|---|---|
K | 1 s | 2 | 2 |
L | 2 s | 2 | 2 + 6 = 8 |
2 str | 6 | ||
M | 3 s | 2 | 2 + 6 + 10 = 18 |
3p | 6 | ||
3d | 10 | ||
N. | 4 s | 2 | 2 + 6 + 10 + 14 = 32 |
4 str | 6 | ||
4d | 10 | ||
4f | 14 | ||
Ó | 5 s | 2 | 2 + 6 + 10 + 14 + 18 = 50 |
5 str | 6 | ||
5 d | 10 | ||
5f | 14 | ||
5 g | 18 |
Ačkoli tento vzorec v zásadě udává maximum, ve skutečnosti je maxima dosaženo (známými prvky) pro první čtyři skořepiny (K, L, M, N). Žádný známý prvek nemá v jednom obalu více než 32 elektronů. Důvodem je, že subshells jsou vyplněny podle principu Aufbau . První prvky, které mají více než 32 elektronů v jednom plášti by patří do g bloku z období 8 z periodické tabulky . Tyto prvky by měly nějaké elektrony ve své 5g podsíti, a tedy by měly mít více než 32 elektronů v O skořápce (pátý hlavní obal).
Energie pod skořápky a plnění objednávky
Ačkoli se někdy uvádí, že všechny elektrony ve skořápce mají stejnou energii, jedná se o aproximaci. Elektrony v jednom subshell mají však přesně stejnou úroveň energie, přičemž pozdější subshells mají více energie na elektron než dřívější. Tento efekt je dost velký na to, aby se energetické rozsahy spojené s granáty mohly překrývat.
Plnění skořápek a podskořápek elektrony probíhá od podskořápek nižší energie k pod skořápkám vyšší energie. Následuje pravidlo n + ℓ, které je také běžně známé jako pravidlo Madelung. Dílčí skořepiny s nižší hodnotou n + ℓ se vyplní před těmi s vyššími hodnotami n + ℓ . V případě rovných hodnot n + ℓ se nejprve vyplní podsloup s nižší hodnotou n .
Seznam prvků s elektrony na skořápku
Níže uvedený seznam uvádí prvky uspořádané zvýšením atomového čísla a ukazuje počet elektronů na skořápku. Na první pohled podskupiny seznamu ukazují zjevné vzorce. Zejména každá sada pěti prvků (v elektrická modrá ) před každým vzácným plynem (skupina 18, v žlutá ) těžší než helium mají po sobě jdoucí počty elektronů v nejvzdálenějším obalu, konkrétně tři až sedm.
Třídění tabulky podle chemické skupiny ukazuje další vzorce, zejména s ohledem na poslední dvě nejvzdálenější skořápky. (Prvky 57 až 71 patří lanthanoidům , zatímco 89 až 103 jsou aktinidy .)
Níže uvedený seznam je primárně v souladu se zásadou Aufbau . Existuje však řada výjimek z pravidla; například palladium (atomové číslo 46) nemá v pátém obalu žádné elektrony, na rozdíl od jiných atomů s nižším atomovým číslem. Některé položky v tabulce jsou nejisté, když experimentální data nejsou k dispozici. (Například prvky za 108 mají tak krátké poločasy, že jejich elektronové konfigurace ještě nebyly změřeny.)
Z | Živel | Počet elektronů/obal | Skupina |
---|---|---|---|
1 | Vodík | 1 | 1 |
2 | Hélium | 2 | 18 |
3 | Lithium | 2, 1 | 1 |
4 | Beryllium | 2, 2 | 2 |
5 | Boron | 2, 3 | 13 |
6 | Uhlík | 2, 4 | 14 |
7 | Dusík | 2, 5 | 15 |
8 | Kyslík | 2, 6 | 16 |
9 | Fluor | 2, 7 | 17 |
10 | Neon | 2, 8 | 18 |
11 | Sodík | 2, 8, 1 | 1 |
12 | Hořčík | 2, 8, 2 | 2 |
13 | Hliník | 2, 8, 3 | 13 |
14 | Křemík | 2, 8, 4 | 14 |
15 | Fosfor | 2, 8, 5 | 15 |
16 | Síra | 2, 8, 6 | 16 |
17 | Chlór | 2, 8, 7 | 17 |
18 | Argon | 2, 8, 8 | 18 |
19 | Draslík | 2, 8, 8, 1 | 1 |
20 | Vápník | 2, 8, 8, 2 | 2 |
21 | Skandium | 2, 8, 9, 2 | 3 |
22 | Titan | 2, 8, 10, 2 | 4 |
23 | Vanadium | 2, 8, 11, 2 | 5 |
24 | Chrom | 2, 8, 13, 1 | 6 |
25 | Mangan | 2, 8, 13, 2 | 7 |
26 | Žehlička | 2, 8, 14, 2 | 8 |
27 | Kobalt | 2, 8, 15, 2 | 9 |
28 | Nikl | 2, 8, 16, 2 | 10 |
29 | Měď | 2, 8, 18, 1 | 11 |
30 | Zinek | 2, 8, 18, 2 | 12 |
31 | Gallium | 2, 8, 18, 3 | 13 |
32 | Germanium | 2, 8, 18, 4 | 14 |
33 | Arsen | 2, 8, 18, 5 | 15 |
34 | Selen | 2, 8, 18, 6 | 16 |
35 | Bróm | 2, 8, 18, 7 | 17 |
36 | Krypton | 2, 8, 18, 8 | 18 |
37 | Rubidium | 2, 8, 18, 8, 1 | 1 |
38 | Stroncium | 2, 8, 18, 8, 2 | 2 |
39 | Yttrium | 2, 8, 18, 9, 2 | 3 |
40 | Zirkonium | 2, 8, 18, 10, 2 | 4 |
41 | Niob | 2, 8, 18, 12, 1 | 5 |
42 | Molybden | 2, 8, 18, 13, 1 | 6 |
43 | Technecium | 2, 8, 18, 13, 2 | 7 |
44 | Ruthenium | 2, 8, 18, 15, 1 | 8 |
45 | Rhodium | 2, 8, 18, 16, 1 | 9 |
46 | Palladium | 2, 8, 18, 18 | 10 |
47 | stříbrný | 2, 8, 18, 18, 1 | 11 |
48 | Kadmium | 2, 8, 18, 18, 2 | 12 |
49 | Indium | 2, 8, 18, 18, 3 | 13 |
50 | Cín | 2, 8, 18, 18, 4 | 14 |
51 | Antimon | 2, 8, 18, 18, 5 | 15 |
52 | Tellurium | 2, 8, 18, 18, 6 | 16 |
53 | Jód | 2, 8, 18, 18, 7 | 17 |
54 | Xenon | 2, 8, 18, 18, 8 | 18 |
55 | Cesium | 2, 8, 18, 18, 8, 1 | 1 |
56 | Baryum | 2, 8, 18, 18, 8, 2 | 2 |
57 | Lanthan | 2, 8, 18, 18, 9, 2 | |
58 | Cerium | 2, 8, 18, 19, 9, 2 | |
59 | Praseodym | 2, 8, 18, 21, 8, 2 | |
60 | Neodym | 2, 8, 18, 22, 8, 2 | |
61 | Promethium | 2, 8, 18, 23, 8, 2 | |
62 | Samarium | 2, 8, 18, 24, 8, 2 | |
63 | Europium | 2, 8, 18, 25, 8, 2 | |
64 | Gadolinium | 2, 8, 18, 25, 9, 2 | |
65 | Terbium | 2, 8, 18, 27, 8, 2 | |
66 | Dysprosium | 2, 8, 18, 28, 8, 2 | |
67 | Holmium | 2, 8, 18, 29, 8, 2 | |
68 | Erbium | 2, 8, 18, 30, 8, 2 | |
69 | Thulium | 2, 8, 18, 31, 8, 2 | |
70 | Ytterbium | 2, 8, 18, 32, 8, 2 | |
71 | Lutetium | 2, 8, 18, 32, 9, 2 | 3 |
72 | Hafnium | 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 | Rhenium | 2, 8, 18, 32, 13, 2 | 7 |
76 | Osmium | 2, 8, 18, 32, 14, 2 | 8 |
77 | Iridium | 2, 8, 18, 32, 15, 2 | 9 |
78 | Platina | 2, 8, 18, 32, 17, 1 | 10 |
79 | Zlato | 2, 8, 18, 32, 18, 1 | 11 |
80 | Rtuť | 2, 8, 18, 32, 18, 2 | 12 |
81 | Thallium | 2, 8, 18, 32, 18, 3 | 13 |
82 | Vést | 2, 8, 18, 32, 18, 4 | 14 |
83 | Vizmut | 2, 8, 18, 32, 18, 5 | 15 |
84 | Polonium | 2, 8, 18, 32, 18, 6 | 16 |
85 | Astat | 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 | Rádium | 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2 | 2 |
89 | Actinium | 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2 | |
90 | Thorium | 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2 | |
91 | Protactinium | 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2 | |
92 | Uran | 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 | |
93 | Neptunium | 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2 | |
94 | Plutonium | 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2 | |
95 | Americium | 2, 8, 18, 32, 25, 8, 2 | |
96 | Curium | 2, 8, 18, 32, 25, 9, 2 | |
97 | Berkelium | 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2 | |
98 | Kalifornie | 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2 | |
99 | Einsteinium | 2, 8, 18, 32, 29, 8, 2 | |
100 | Fermium | 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2 | |
101 | Mendelevium | 2, 8, 18, 32, 31, 8, 2 | |
102 | Nobelium | 2, 8, 18, 32, 32, 8, 2 | |
103 | Lawrencium | 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3 | 3 |
104 | Rutherfordium | 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 | Draslík | 2, 8, 18, 32, 32, 14, 2 | 8 |
109 | Meitnerium | 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (?) | 9 |
110 | Darmstadtium | 2, 8, 18, 32, 32, 16, 2 (?) | 10 |
111 | Roentgenium | 2, 8, 18, 32, 32, 17, 2 (?) | 11 |
112 | Copernicium | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 (?) | 12 |
113 | Nihonium | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 3 (?) | 13 |
114 | Flerovium | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4 (?) | 14 |
115 | Moscovium | 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 |