Sublevels אנרגיה באטום הוא הדרך שבה האלקטרונים מאורגנים הפגזים האלקטרוניים, תפוצתם המולקולה או אטום. תת-אנרגיה אלה נקראות אורביטלים.
ארגון האלקטרונים בתת-מדרגות הוא המאפשר שילובים כימיים של אטומים שונים ומגדיר גם את מיקומם בתוך טבלת האלמנטים התקופתיים.
אלקטרונים מסודרים בקליפות האלקטרוניות של האטום בצורה מסוימת על ידי שילוב של מצבים קוונטיים. ברגע שאחד מהמצבים האלה תפוס על ידי אלקטרון, האלקטרונים האחרים חייבים להיות במצב אחר.
מבוא
כל יסוד כימי בטבלה המחזורית מורכב מאטומים, אשר בתורם מורכבים מנוטרונים, פרוטונים ואלקטרונים. אלקטרונים הם חלקיקים בעלי מטען שלילי שנמצאים סביב גרעין אטום כלשהו, המופצים במסלולי האלקטרונים.
אורביטלים אלקטרוניים הם נפח החלל בו לאלקטרון יש סיכוי של 95% להיפגש. ישנם סוגים שונים של אורביטלים, עם צורות שונות. ניתן למצוא מקסימום שני אלקטרונים בכל מסלול. המסלול הראשון של האטום הוא המקום בו יש את ההסתברות הגדולה ביותר למצוא אלקטרונים.
האורביטלים נקבעים על ידי האותיות s, p, d ו- f, כלומר חד, עיקרון, מפוזר ויסוד, והם משתלבים כאשר אטומים מתחברים זה לזה ליצירת מולקולה גדולה יותר. בכל קליפה של האטום יש שילובים אלה של אורביטלים.
לדוגמא, בשכבה 1 של האטום יש אורביטלים S, בשכבה 2 יש מסלולי S ו- P, בשכבה 3 של האטום יש מסלולי S, P ו- D ולבסוף בשכבה 4 של האטום יש את כל מסלולי S, P, D ו- F.
גם במסלולי האורבליות אנו מוצאים תת-גלים שונים, שבתורם יכולים לאגור יותר אלקטרונים. אורביטלים ברמות אנרגיה שונות דומים זה לזה, אך תופסים אזורים שונים בחלל.
למסלול הראשון ולמסלול השני יש אותם מאפיינים כמו מסלול S, יש להם צמתים רדיאליים, יש להם סבירות גבוהה יותר לנפח כדורי והם יכולים להחזיק רק שני אלקטרונים. עם זאת, הם ממוקמים ברמות אנרגיה שונות וכך תופסים מרחבים שונים סביב הגרעין.
מיקום בטבלת האלמנטים התקופתיים
כל אחת מהתצורות האלקטרוניות של האלמנטים הינן ייחודיות, ולכן הן קובעות את מיקומן בטבלת האלמנטים התקופתיים. מיקום זה מוגדר על ידי התקופה של כל יסוד ומספר האטום שלו על ידי מספר האלקטרונים שיש לאטום האלמנט.
לפיכך, השימוש בטבלה המחזורית לקביעת תצורת האלקטרונים באטומים הוא המפתח. האלמנטים מחולקים לקבוצות בהתאם לתצורות האלקטרוניות שלהם באופן הבא:
כל מסלול מיוצג בלוקים ספציפיים בטבלת התקופות של האלמנטים. לדוגמה, גוש האורביטלים S הוא אזור המתכות האלקליות, הקבוצה הראשונה בטבלה ובה נמצאים שישה אלמנטים ליתיום (Li), רובידיום (Rb), אשלגן (K), נתרן (Na), פרנסיום ( פר) וצזיום (Cs) וגם מימן (H), שאינו מתכת, אלא גז.
לקבוצה זו של אלמנטים יש אלקטרון, שלעתים קרובות הולך לאיבוד בקלות ליצירת יון טעון חיובי. אלה המתכות הפעילות ביותר והתגובות ביותר.
מימן, במקרה זה, הוא גז, אך הוא נמצא בקבוצה 1 בטבלת האלמנטים התקופתיים מכיוון שיש בו רק אלקטרון אחד. מימן יכול ליצור יונים עם מטען חיובי יחיד, אך לשלוף את האלקטרון הבודד שלו דורש אנרגיה רבה בהרבה מאשר הוצאת אלקטרונים ממתכות האלקליות האחרות. כאשר יוצרים תרכובות, מימן בדרך כלל מייצר קשרים קוולנטים.
עם זאת, תחת לחצים גבוהים במיוחד, המימן הופך מתכתי ומתנהג כמו שאר האלמנטים בקבוצה שלו. זה קורה, למשל, בתוך ליבת כדור הארץ צדק.
קבוצה 2 תואמת את מתכות האדמה הבסיסיות, שכן לתחמוצות שלהן יש תכונות אלקליות. בין האלמנטים בקבוצה זו אנו מוצאים מגנזיום (מג) וסידן (Ca). האורביטלים שלו שייכים גם לרמת ה- S.
למתכות המעבר, המתאימות לקבוצות 3 עד 12 בטבלה המחזורית, יש אורביטלים מסוג D.
האלמנטים העוברים מקבוצה 13 ל -18 בטבלה תואמים אורביטלים P ולבסוף לאלמנטים המכונים לנטנידים ואקטינידים יש אורביטלים בשם F.
מיקום אלקטרונים במעגלים
אלקטרונים נמצאים במסלולי האטום כדרך להפחתת האנרגיה. לכן, אם הם מבקשים להגדיל אנרגיה, האלקטרונים ימלאו את רמות המסלול העיקריות, ויתרחקו מגרעין האטום.
יש לקחת בחשבון שלאלקטרונים יש תכונה מהותית המכונה ספין. זהו מושג קוונטי שקובע, בין היתר, את סיבוב האלקטרון בתוך המסלול. מה חיוני בכדי לקבוע את מיקומכם בתת תת האנרגיה.
הכללים שקובעים את מיקום האלקטרונים במסלולי האטום הם כדלקמן:
- עקרון Aufbau: אלקטרונים נכנסים תחילה למסלולי האנרגיה הנמוכים ביותר. עיקרון זה מבוסס על דיאגרמות של רמות האנרגיה של אטומים מסוימים.
- עקרון הרחקת פאולי: מסלול אטומי יכול לתאר לפחות שני אלקטרונים. המשמעות היא שרק שני אלקטרונים עם ספין אלקטרונים שונים יכולים לתפוס מסלול אטומי.
מכאן משתמע כי מסלול אטומי הוא מצב אנרגטי.
- הכלל של Hund: כאשר אלקטרונים תופסים אורביטלים מאותה אנרגיה, אלקטרונים ייכנסו תחילה למסלול האורבלי. המשמעות היא שאלקטרונים מעדיפים ספינים מקבילים במסלול נפרד מתת-האנרגיה.
האלקטרונים ימלאו את כל האורביטלים בתת התחתיות לפני שהם נתקלים בספינים מנוגדים.
תצורות אלקטרוניות מיוחדות
ישנם גם אטומים עם מקרים מיוחדים של תת-אנרגיה. כאשר שני אלקטרונים תופסים את אותו מסלול, לא רק שהם חייבים להיות בעלי ספינים שונים (כפי שעולה מעקרון ההדרה של פאולי), אלא שצימוד האלקטרונים מעלה מעט את האנרגיה.
במקרה של תת-אנרגיה, חצי תת-מישור מלא וירידה מלאה מפחיתים את האנרגיה של האטום. זה מוביל לאטום להיות יציבות גדולה יותר.
הפניות
- תצורת האלקטרון. התאושש מ- Wikipedia.com.
- מבוא תצורות אלקטרוניות. התאושש ב- chem.libretexts.org.
- אורביטלים ואגרות חוב. התאושש מ- chem.fsu.edu.
- טבלה תקופתית, אלמנטים קבוצתיים עיקריים. התאושש מ- newworldencyclopedia.org.
- עקרונות תצורת אלקטרו. התאושש מ- sartep.com.
- תצורה אלקטרונית של אלמנטים. התאושש מ- science.uwaterloo.ca.
- ספין אלקטרונים. התאושש מ- hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.