Kemia 2: luku 2 Atomien elektronirakenteet ja niiden mallintaminen
Bohrin
atomimallissa elektronit kiertävät atomin ydintä ympyränmuotoisilla radoilla,
joita kutsutaan elektronikuoriksi. Täsmällisemmin elektronipilven
rakennetta kuvaa kvanttimekaaninen atomimalli.
Tarkkojen ratojen sijasta tämä matemaattinen malli ennustaa, mistä
elektronipilven osasta elektroni todennäköisimmin löytyy.
Elektronin
sijoittuminen tietylle kuorelle kuvaa elektronin keskimääräistä energiaa. Elektronikuoria
merkitään ytimestä lukien joko numeroilla 1, 2, 3,...tai kirjaintunnuksilla K,
L, M, .... Mitä suurempi on kuoren numero n, sitä suurempi on kuorella olevan
elektronin energia. Elektronien maksimimäärän kullakin kuorella ilmoittaa
seuraava sääntö: kuorella, jonka järjestysnumeron on n, voi olla maksimissaan
2n2 elektronia.
Orbitaalilla
kuvataan sitä avaruuden osaa atomiytimen ympärillä, josta elektroni
todennäköisimmin löytyy. Orbitaalit saavat kolmiulotteisia muotoja neljän eri
kvanttiluvun perusteella. Yhdellä orbitaalilla voi olla vain kaksi elektronia,
koska samalla orbitaaleilla olevilla elektroneilla on aina eri spinit.
Jos
täyttyvillä orbitaaleilla on sama energia, kullekin orbitaalille sijoitetaan
ensin yksi elektroni, joilla kaikilla on sama spini. Tätä kutsutaan Hundin
säännöksi. Paulin kieltosäännön mukaan samalla orbitaalilla voi olla enintään
kaksi elektronia, joilla on eri spini.
Jos
atomiin tuodaan lisää energiaa esim
lämpönä tai valona, ulkoelektronit virittyvät eli siirtyvät korkeammille
energiatasoille. Tämä viritystila on hyvin lyhytaikainen. Kun elektronit
palaavat perustilaansa eli viritystila purkautuu, vapautuu sähkömagneettista
säteilyä. Joillakin alkuaineilla vapautuvan säteilyn aallonpituus on näkyvän
valon alueella. Jos ulkoeletktronit saavat riittävästi energiaa, ne irtoavat
atomista kokonaan. Tällöin atomi ionisoituu, eli siitä tulee ioni. Syntyvällä
ionilla on positiivinen varaus eli sitä kutsutaan kationiksi. Ionisoitumista
kuvataan seuraavasti:
Li à
Li+ + e-
Eli
tuossa litiumatomista muodostuu kationi, jonka varaus on +1. Vastaavasti
fluoriatomista muodostuu anioni, jonka varaus on -1:
F +
e- à
F-
Jaksollisessa
järjestelmässä on seitsemän vaakariviä eli jaksoa. Jaksollisen järjestelmän
pystyrivejä kutsutaan ryhmiksi. Sivuryhmien alkuaineilla on 1-2 ulkoelektronia,
mitä ei voi ennustaa sivuryhmän numerosta, vaan se selviää alkuaineen tarkasta
elektronirakenteesta. Siksi saman sivuryhmän alkuaineilla ei välttämättä ole
samanlaisia kemiallisia ominaisuuksia, toisin kuin saman pääryhmän
alkuaineilla.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti