Czy elektrony w atomie poruszają się w dowolnym miejscu w przestrzeni wokół jądra?

Elektrony poruszają się wokół jądra atomowego, niektóre elektrony znajdują się bliżej, a inne dalej od niego. Oznacza to, że zajmują określone pozycje – poziomy energetyczne. Jednak w porównaniu do planet, nie jesteśmy w stanie określić jednocześnie ich dokładnego położenia i pędu. Elektrony podlegają prawom mechaniki kwantowej (działu fizyki teoretycznej), podczas gdy my na co dzień obserwujemy następstwa fizyki klasycznej. W tym materiale dowiesz się, jakie poziomy energetyczne zajmują elektrony, krążąc wokół jądra atomowego, i w jaki sposób zapisujemy je dla różnych atomów pierwiastka chemicznego.

Przestrzeń w atomie zajmowana przez elektrony jest ogromna w stosunku do objętości, jaką zajmuje jądro atomowe. Co nie oznacza jednak, że każdy z elektronów porusza się swobodnie w każdym punkcie tej przestrzeni. Okazuje się, że elektrony poruszają się tylko w ograniczonych obszarach, które zostały nazwane powłokami elektronowymi. W ich obrębie elektrony poruszają się z dużą szybkością i we wszystkich kierunkach. Liczba powłok elektronowych w atomach jest różna i uzależniona od liczby elektronów. Największe znane nam atomy mają siedem powłok, a najmniejsze – jedną.

Elektrony, które poruszają się na różnych powłokach, mają inną energię. Im bliżej jądra atomowego znajduje się elektron, tym jest ona niższa. I przeciwnie – im dalej od jądra atomowego znajduje się elektron, tym jego energia jest wyższa.

RT4TRyjEFok0m

Na filmie ukazano budowę atomu, rozmieszczenie powłok elektronowych w atomie oraz porównanie energii elektronów występujących na poszczególnych powłokach.

Na filmie ukazano budowę atomu, rozmieszczenie powłok elektronowych w atomie oraz porównanie energii elektronów występujących na poszczególnych powłokach.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RT4TRyjEFok0m

Na filmie ukazano budowę atomu, rozmieszczenie powłok elektronowych w atomie oraz porównanie energii elektronów występujących na poszczególnych powłokach.

Powłoki elektronowe nie mają fizycznego odzwierciedlenia w budowie atomu. To przede wszystkim energia danego elektronu oraz obecność pozostałych elektronów decydują, w jakim obszarze wokół jądra będzie się on poruszał. W przestrzeni wokół jądra nie ma żadnych fizycznych barier, które utrzymywałyby elektron na określonej powłoce.

Ile elektronów może znajdować się na powłokach?

Powłokom elektronowym w atomie nadano symbole literowe, zgodnie z alfabetem, od K do Q. Powłoka najbliżej jądra (pierwsza) oznaczona jest literą K. Następne to: L, M, N, O, P, Q.

Na każdej z nich może znajdować się określona liczba elektronów. Na przykład na pierwszej powłoce mogą przebywać tylko dwa elektrony, a na trzeciej aż osiemnaście. Im dalej od jądra atomu znajduje się powłoka, tym więcej elektronów może pomieścić. Maksymalną liczbę elektronów, jaka może znajdować się na powłoce, opisuje wzór:

w którym n oznacza numer powłoki.

Polecenie 2

Przypisz symbole powłok oraz maks. liczbę elektronów w obrębie danej powłoki.

RbPLoxqL39pTa

RJhxf0r0OTilW

Polecenie 2

Zapisz maks. liczbę elektronów, jaka może znajdować się na podanych powłokach.

R1NrKhUkvPcMD

K Tu uzupełnij L Tu uzupełnij M Tu uzupełnij N Tu uzupełnij

K Tu uzupełnij L Tu uzupełnij M Tu uzupełnij N Tu uzupełnij

Jak rozmieszczone są elektrony w atomie?

Rozmieszczenie elektronów na poszczególnych powłokach nazywa się konfiguracją elektronowąkonfiguracja elektronowakonfiguracją elektronową. Jej zapis poznamy na przykładach. Przedstawienie konfiguracji elektronowej atomu rozpoczniemy od atomu helu, który ma dwa elektrony. Mogą one przebywać na pierwszej powłoce K. Tę informację możemy zaprezentować na kilka sposobów, więc przedstawiono je w tabeli $3$.

Sposoby prezentacji konfiguracji elektronowej

Sposób prezentacji	Konfiguracja elektronowa atomu helu	Ogólne zasady zapisu
zapis z użyciem nawiasów kwadratowych	$\left[2\right]$	W nawiasie kwadratowym wymieniamy kolejno liczby elektronów, które znajdują się na powłokach: pierwszej, drugiej i kolejnych. Liczby te oddzielamy przecinkami.
zapis z użyciem symboli powłok	KIndeks górny 22	Podajemy symbole zajętych przez elektrony powłok. Z prawej strony każdego symbolu, w indeksie górnym, zapisujemy liczbę elektronów, które znajdują się na powłoce.
zapis w postaci schematu	Rxmci38hgZ9h5 Ilustracja przedstawiająca schemat rozmieszczenia elektronów w atomie helu. Po lewej stronie narysowane jest jądro w postaci małego niebieskiego koła. Po prawej za pomocą linii stanowiącej wycinek większego okręgu zaznaczona jest powłoka elektronowa oznaczona pod spodem literą K. Obok powłoki znajduje się napisz: 2e minus, oznaczająca liczbę elektronów na powłoce.	Na schemacie modelu atomu zaznaczamy ładunek jądra równy liczbie protonów. Rysujemy powłoki elektronowe jako półokręgi, podpisujemy je ich symbolami. Następnie zaznaczamy ilość elektronów na poszczególnych powłokach.

R1WUFq7WebK3L

Na filmie określono liczbę elektronów w atomie tlenu oraz ukazano rozmieszczenie elektronów na poszczególnych powłokach. Konfigurację tę przedstawiono także przy użyciu symboli powłok oraz wykorzystując zapis w kwadratowych nawiasach.

Na filmie określono liczbę elektronów w atomie tlenu oraz ukazano rozmieszczenie elektronów na poszczególnych powłokach. Konfigurację tę przedstawiono także przy użyciu symboli powłok oraz wykorzystując zapis w kwadratowych nawiasach.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1WUFq7WebK3L

Na filmie określono liczbę elektronów w atomie tlenu oraz ukazano rozmieszczenie elektronów na poszczególnych powłokach. Konfigurację tę przedstawiono także przy użyciu symboli powłok oraz wykorzystując zapis w kwadratowych nawiasach.

Konfiguracja elektronowa atomu krzemu ${}_{14}\text{Si}$

Zapis z użyciem nawiasów kwadratowych:
$\left[2, 8, 4\right]$

Zapis z użyciem symboli powłok:
K Indeks górny 2²L Indeks górny 8⁸M Indeks górny 4⁴

Zapis w postaci schematu:

R1Ro9NO1PQaAn

Ilustracja przedstawiająca schemat rozmieszczenia elektronów w atomie krzemu. Po lewej stronie narysowane jest jądro w postaci niebieskiego małego koła z napisanym plus $14$ wewnątrz. Po prawej za pomocą linii stanowiących wycinki większych okręgów zaznaczone są powłoki elektronowe, które podpisane są, licząc od jądra w prawo, literami K, L i M. Nad literą K znajduje się oznaczenie 2e minus, określające liczbę elektronów na powłoce. Oznaczenia nad literami L i M to kolejno $8$e minus i $4$e minus.

Czy elektrony ostatniej powłoki są ważne?

Elektrony, które znajdują się najdalej od jądra atomowego, są najsłabiej przez to jądro przyciągane i często oddziałują na elektrony innych atomów. Można o nich w przenośni powiedzieć, że reprezentują atom na zewnątrz. Decydują o właściwościach atomu i nazywane są elektronami walencyjnymi, a powłoka, na której się znajdują, to powłoka walencyjna.Pozostałe elektrony nazywane są elektronami rdzenia atomowego.

Atomy mogą mieć różną liczbę elektronów walencyjnych (od jednego do dwunastu). Dla pierwiastków chemicznych z grup od pierwszej do $12$, liczba elektronów walencyjnych jest równa numerowi grupy. Ale dla pierwiastków chemicznych grup od $13$ do $18$, liczbę elektronów walencyjnych oblicza się, odejmując od numeru grupy liczbę $10$ (wyjątek stanowi hel, który posiada dwa elektrony walencyjne).

Na przykład sód znajduje się w pierwszej grupie układu okresowego, więc liczba jego elektronów wynosi $1$. Natomiast selen znajduje się w $16$. grupie układu okresowego, więc liczba jego elektronów wynosi $6$. Czasami, w przypadku większych atomów, rolę elektronów walencyjnych – oprócz elektronów ostatniej powłoki – pełnią równocześnie niektóre elektrony przedostatniej powłoki.

R1XoOjzizzTGD

Na filmie wyjaśniono, w jaki sposób odległość elektronów od jądra wpływa na siłę z jaką są one przez nie przyciągane. Przedstawiono również rolę elektronów walencyjnych, a także omówiono ich położenie oraz ilość w atomach helu i tlenu.

Na filmie wyjaśniono, w jaki sposób odległość elektronów od jądra wpływa na siłę z jaką są one przez nie przyciągane. Przedstawiono również rolę elektronów walencyjnych, a także omówiono ich położenie oraz ilość w atomach helu i tlenu.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1XoOjzizzTGD

Na filmie wyjaśniono, w jaki sposób odległość elektronów od jądra wpływa na siłę z jaką są one przez nie przyciągane. Przedstawiono również rolę elektronów walencyjnych, a także omówiono ich położenie oraz ilość w atomach helu i tlenu.

Podsumowanie

• Elektrony w atomie poruszają się w ściśle określonej przestrzeni wokół jądra
  (w obszarach zwanych powłokami elektronowymi).

• Każda powłoka może pomieścić ograniczoną liczbę elektronów ($2{\text{n}}^2$, n – numer powłoki).

• Liczba powłok elektronowych jest równa numerowi okresu, w którym znajduje się dany pierwiastek.

• Rozmieszczenie elektronów w atomie nazywa się konfiguracją elektronową.

• Elektrony najdalej oddalone od jądra nazywamy elektronami walencyjnymi – zazwyczaj zajmują one ostatnią powłokę (zwaną wtedy powłoką walencyjną), ale czasami mogą zajmować częściowo również przedostatnią powłokę.

• Dla pierwiastków chemicznych znajdujących się w grupach od $1$ do $12$, liczba elektronów walencyjnych jest równa numerowi grupy. Dla pierwiastków chemicznych grup od $13$ do $18$, liczbę elektronów walencyjnych oblicza się, odejmując od numeru grupy liczbę $10$ (wyjątek stanowi hel, który posiada dwa elektrony walencyjne).

Słownik