Bevezetés a kémiába

tanulási cél

• különbséget tenni az elektron pályák között a Bohr modellben a kvantummechanikai pályákkal szemben

kifejezések

• elektronhéjaz összes elektron kollektív állapota egy atomban, amelynek azonos fő kvantumszáma van (olyan pályaként jelenik meg, amelyben az elektronok mozognak).
• orbitálisaz elektron energiájának és valószínűségi sűrűségének meghatározása egy atom vagy molekula bármely pontján.

bár hasznos megmagyarázni bizonyos elemek reakcióképességét és kémiai kötését, az atom Bohr-modellje nem tükrözi pontosan az elektronok térbeli eloszlását a mag körül. Nem körözik a magot, mint a föld a Nap körül, hanem inkább az elektron pályákon találhatók. Ezek a viszonylag összetett formák abból adódnak, hogy az elektronok nemcsak részecskékként, hanem hullámokként is viselkednek. A kvantummechanika hullámfüggvényként ismert matematikai egyenletei egy bizonyos valószínűségi szinten belül megjósolhatják, hol lehet egy elektron egy adott időpontban. Az a terület, ahol az elektron valószínűleg megtalálható, az orbitális.

első elektronhéj

a maghoz legközelebbi pálya, az úgynevezett 1s pálya, legfeljebb két elektront képes befogadni. Ez az orbitális egyenértékű az atom Bohr-modelljének legbelső elektronhéjával. 1s orbitálisnak hívják, mert gömb alakú a mag körül. Az 1s orbitális mindig tele van, mielőtt bármely más orbitális. A hidrogénnek egy elektronja van; ezért az 1s pályán belül csak egy folt van elfoglalva. Ezt 1S1-nek nevezik, ahol a felülírt 1 az 1s pályán belüli egyetlen elektronra utal. A Héliumnak két elektronja van; ezért teljesen kitöltheti az 1s pályát két elektronjával. Ezt 1s2-nek nevezik, utalva az 1s pályán lévő hélium két elektronjára. A periódusos rendszerben a hidrogén és a hélium az egyetlen két elem az első sorban (periódusban); ez azért van, mert ezek az egyetlen elemek, amelyeknek csak az első héjában, az 1s pályán vannak elektronok.

második elektronhéj

a második elektronhéj nyolc elektront tartalmazhat. Ez a héj egy másik gömb alakú S pályát és három “súlyzó” alakú p pályát tartalmaz, amelyek mindegyike két elektront képes befogadni . Az 1s pálya kitöltése után a második elektronhéj megtelik, először kitölti a 2s pályáját, majd a három p pályáját. A P pályák kitöltésekor mindegyik egyetlen elektront vesz igénybe; ha minden p pályának van elektronja, hozzáadhatunk egy másodpercet. A lítium (Li) három elektront tartalmaz, amelyek az első és a második héjat foglalják el. Két elektron kitölti az 1s pályát, majd a harmadik elektron kitölti a 2s pályát. Elektronkonfigurációja 1s22s1. A Neon (Ne) viszont összesen tíz elektronnal rendelkezik: kettő a legbelső 1S pályáján van, nyolc pedig kitölti a második héját (kettő a 2s és három p pályán). Így inert gáz, energetikailag stabil: ritkán képez kémiai kötést más atomokkal.

harmadik elektronhéj

a nagyobb elemek további pályákkal rendelkeznek, amelyek a harmadik elektronhéjat alkotják. A d és f alhéj bonyolultabb alakú, öt, illetve hét pályát tartalmaz. A 3N főhéj s, p és d alhéjjal rendelkezik, és 18 elektront képes befogadni. A 4N fő héjnak s, p, d és f pályája van, és 32 elektront képes befogadni. A magtól távolodva az energiaszintekben található elektronok és pályák száma növekszik. A periódusos rendszerben az egyik atomról a másikra haladva az elektron szerkezetét úgy lehet kidolgozni, hogy egy extra elektront illesztünk a következő rendelkezésre álló pályára. Míg az elektronhéjak és a pályák fogalma szorosan összefügg, a pályák pontosabb ábrázolást nyújtanak egy atom elektronkonfigurációjáról, mivel az orbitális modell meghatározza az elektronok által elfoglalt helyek különböző alakjait és speciális orientációit.