Elektron kabuğu

Bilgibank, Hoşgeldiniz
Gezinti kısmına atla Arama kısmına atla

Kimyada ve atom fiziğinde, bir elektron kabuğu veya bir ana enerji seviyesi, bir atomun çekirdeği etrafındaki elektronların izlediği bir yörünge olarak düşünülebilir. Çekirdeğe en yakın kabuk "1 kabuk" ("K kabuğu" olarak da adlandırılır), ardından "2 kabuk" (veya "L kabuğu"), ardından "3 kabuk" (veya "M kabuğu") olarak adlandırılır. Kabuklar ana kuantum sayılarına (n = 1, 2, 3, 4 ...) karşılık gelir veya X-ışını notasyonunda (K, L, M,…) kullanılan harflerle alfabetik olarak etiketlenir.

Her bir kabuk sadece belirli sayıda elektron içerebilir: İlk kabuk iki elektron tutabilir, ikinci kabuk sekiz (2 + 6) elektron tutabilir, üçüncü kabuk 18'e kadar tutabilir (2 + 6 + 10 ) ve bunun gibi. Genel formül, nth kabuğunun prensip olarak 2(n2) elektrona kadar tutulabilmesidir.

Elektronlar çekirdeğe elektriksel olarak çekildiklerinden, bir atomun elektronları genellikle dış kabukları ancak daha fazla iç kabuk zaten tamamen diğer elektronlar tarafından doldurulmuşsa işgal ederler. Bununla birlikte, bu katı bir gereklilik değildir: atomlar iki veya üç eksik dış kabuk içerebilir. (Daha fazla bilgi için Madelung kuralına bakınız.) Bu kabuklarda elektronların neden var olduğunun açıklaması için elektron konfigürasyonuna bakınız. En dıştaki işgal altındaki kabuktaki (veya kabuklardaki) elektronlar atomun kimyasal özelliklerini belirlemesine; değerlik kabuğu denir.

Her bir kabuk bir veya daha fazla alt kabuktan oluşur ve her alt kabuk bir veya daha fazla atomik yörüngeden oluşur.

Tarihçe

Kabuk terminolojisi, Arnold Sommerfeld'in Bohr modelinin modifikasyonundan geliyor. Sommerfeld, Bohr'un gezegen modelini korudu, ancak bazı elementlerin ince spektroskopik yapısını açıklamak için hafif eliptik yörüngeleri (ek kuantum sayıları ℓ ve m ile karakterize edildi) ekledi. Aynı ana kuantum sayısı (n) olan çoklu elektronlar, Bohr'un modelinin sonsuz ince dairesel yörüngesi yerine pozitif kalınlıkta bir "kabuk" oluşturan yakın yörüngelere sahipti.

Barkla onları K, L, M, N, O, P ve Q harfleriyle etiketledi. Bu terminolojinin kaynağı alfabetikti. "J" dizisin den şüphelendi, ancak daha sonraki deneyler K emme hatlarının en içteki elektronlar tarafından üretildiğini gösterdi. Bu harfler daha sonra 1, 2, 3, n değerlerine karşılık olarak bulunmuştur. Bunlar, spektroskopik Siegbahn notasyonunda kullanılmıştır. Fiziksel kimyager Gilbert Lewis, kimyasal bağlamada değerlik kabuğu elektronlarının katılımı teorisinin erken gelişiminden sorumluydu. Linus Pauling daha sonra kuantum mekaniğinin içgörüsünü uygularken teoriyi genelleştirdi ve genişletti.

Kabuklar

Elektron kabukları K, L, M, N, O, P ve Q olarak etiketlenmiştir; veya 1, 2, 3, 4, 5, 6 ve 7'yi; En içteki kabuktan dışa doğru gidiyor. Dış kabuklardaki elektronlar daha yüksek ortalama enerjiye sahiptir ve nükleustan uzaklaşarak iç kabuklardakilere göre daha fazladır. Bu, atomun kimyasal olarak nasıl tepki verdiğini ve bir iletken olarak nasıl davrandığını belirlemede onları daha önemli hale getirir, çünkü atom çekirdeğinin çekilmesi daha zayıf ve daha kolay kırılır. Bu şekilde, belirli bir elementin reaktivitesi yüksek oranda elektronik konfigürasyonuna bağlıdır.

Altkabuklarda

Her bir kabuk, atomik orbitallerden oluşan bir veya daha fazla alt kabuktan oluşur. Örneğin, ilk (K) kabuk, 1s denilen bir alt kabuğa sahiptir; ikinci (L) kabuk, 2s ve 2p olarak adlandırılan iki alt kabuğa sahiptir; Üçüncü kabuk 3s, 3p ve 3d; dördüncü kabuğun 4s, 4p, 4d ve 4f; Beşinci kabuk 5s, 5p, 5d ve 5f'ye sahiptir ve teorik olarak daha fazla tutabilir ancak 5f alt kabuğu, aktinidlerde kısmen işgal edilmiş olsa da, doğal olarak meydana gelen herhangi bir elementte doldurulmaz. Çeşitli olası alt kabuklar aşağıdaki tabloda gösterilmiştir:

Altkabuk etiketi ℓ Max elektronlar Içeren kabukları Tarihsel adı
s 0 2 Her kabuk  sharp/keskin
p 1 6 2. kabuk ve üstü  principal/asıl
d 2 10 3. kabuk ve üstü  diffuse/dağınık
f 3 14 4. kabuk ve üstü  fundamental/temel
g 4 18 5. kabuk ve üstü (teorik olarak) (sonraki alfabede f, hariç tutulur j)[1]
  • İlk sütun, "alt kabuk etiketi", alt kabuk tipi için küçük harfli bir etikettir. Örneğin, "4s alt kabuk", dördüncü (N) kabuğun bir alt kabuğudur, ilk satırda açıklanan tür (ler) ile.
  • İkinci sütun, alt kabuğun azimut miktar kuantum sayısıdır (ℓ). Kesin tanım kuantum mekaniğini içerir, ancak alt kabuğunu karakterize eden bir sayıdır.
  • Üçüncü sütun, bu tür bir alt küme içine konabilir maksimum elektron sayısıdır. Örneğin, üst sıra, her bir s tipi alt kabuğun (1s, 2s, vb.) Içinde en fazla iki elektronun olabileceğini söylemektedir. Her durumda, şekil, üstündeki değerden 4,den daha büyüktür.
  • Dördüncü sütun, hangi kabukların bu tür bir alt kabuğa sahip olduğunu söyler. Örneğin, en üstteki iki sıraya bakıldığında, her kabuğun bir alt kabuğuna sahipken, sadece ikinci kabuk ve daha yüksek bir p alt kabuğuna (yani, "1p" alt kabuğuna sahip değildir) sahiptir.
  • Son sütun, s, p, d ve f etiketlerinin tarihsel kökenini verir. Atomik spektral çizgilerin erken çalışmalarından gelirler. Diğer etiketler, yani g, h ve i, tarihsel olarak ortaya çıkan son f etiketini takip eden bir alfabetik devamıdır.

Bir kabuk içindeki tüm elektronların aynı enerjiye sahip olduğu yaygın olarak belirtilse de, bu bir yaklaşımdır. Bununla birlikte, bir alt kabuktaki elektronlar, tam olarak aynı enerji seviyesine sahiptir, daha sonra alt kümeler, elektron başına daha öncekilere göre daha fazla enerjiye sahiptir. Bu etki, kabuklarla ilişkili enerji aralıklarının üst üste gelebileceği kadar büyüktür (bkz. değerlik kabukları ve Aufbau prensibi).

Her bir kabuktaki elektron sayısı

Kabuklar ve alt kabuklar. 1 dikdörtgen üçgen (bir hücrenin 1/2) = düzeyinde 1 elektron. Kırmızı renk alt seviyeyi gösterir; turuncu - p; sarı - d; yeşil - f; mavi - g; indigo - h; menekşe
Kabuklar ve alt kabuklar. 1 dikdörtgen üçgen (bir hücrenin 1/2) = düzeyinde 1 elektron. Kırmızı renk alt seviyeyi gösterir; turuncu - p; sarı - d; yeşil - f; mavi - g; çivit - h; menekşe
kabuk
name		 altkabuk
adı		 altkabuk
max
elektronlar		 kabuk
max
elektronlar
K 1s 2 2
L 2s 2 2 + 6 = 8
2p 6
M 3s 2 2 + 6 + 10
= 18
3p 6
3d 10
N 4s 2 2 + 6 +
10 + 14
= 32
4p 6
4d 10
4f 14
O 5s 2 2 + 6 +
10 + 14 +
18 = 50
5p 6
5d 10
5f 14
5g 18

Her alt kabuk, en fazla 4ℓ + 2 elektron tutmak için sınırlıdır:

  • Her bir alt s kabukğu en fazla 2 elektronda tutulur
  • Her bir alt p kabukğu en fazla 6 elektronda tutulur
  • Her bir alt d kabukğu en fazla 10 elektronda tutulur
  • Her bir alt f kabukğu en fazla 14 elektronda tutulur
  • Her bir alt g kabukğu en fazla 18 elektronda tutulur

Bu nedenle, sadece bir alt kabuk içeren K kabuğu, 2 elektrona kadar tutabilir; Bir s ve bir p içeren L kabuğu, 2 + 6 = 8 elektrona kadar tutunabilir ve benzerleri; genel olarak, nt kabuk 2n2 elektrona kadar tutabilir.

Bu formül, prensipte maksimum değer vermesine rağmen, aslında ilk dört kabuk için maksimum (sadece bilinen elementler) elde edilir (K, L, M, N). Bilinen hiçbir elementin herhangi bir kabukta 32'den fazla elektronu yoktur. Bunun nedeni, alt kabukların Aufbau ilkesine göre doldurulmasıdır. Bir kabukta 32'den fazla elektrona sahip olan ilk elementler periyodik tablonun 8. periyodunun g-bloğuna ait olacaktır. Bu elemanlar 5g alt kabuğunda bazı elektronlara sahip olacak ve böylece O kabuğunda (beşinci ana kabuk) 32'den fazla elektrona sahip olacaktır.

Değerlik kabuğu

Değerlik kabuğu, bir atomun en dış kabuğudır. Geçişsiz metal elementlerindeki değerlik elektronları bu kabukta bulunur. Tüm değerlik kabukları (soy gazlar) ve bu tür elementler kimyasal olarak en reaktif olmayanlar iken, değerlik kabuklarında (alkali metallerde) sadece bir elektronu olan veya sadece bir elektronun tamamen bir kabuğa (halojen) sahip olmamaları en reaktif olanlardır. Bununla birlikte, bu terminoloji geçiş metalleri durumunda biraz yanıltıcıdır. Bu elementlerindeki, bir değerlik elektronu bir iç kabukta da olabilir. Böylece, bir atomun kimyasal olarak nasıl tepki verdiğini belirleyen elektronlar, çekirdekten en uzak olan, yani en yüksek enerjiye sahip olan ve mutlaka değerlik kabuğunda olmayanlardır.

Kabuk başına elektron ile elemanların listesi

Aşağıdaki liste, atom sayısını artırarak düzenlenmiş elementleri verir ve kabuk başına elektron sayısını gösterir. Bir bakışta, listenin alt kümelerinin belirgin desenler gösterdiği görülmektedir. Özellikle, helyumdan daha yüksek olan bir soy gazdan (  sarı renkli grup 18) önce yedi element (  elektrik mavisi içinde), aritmetik ilerlemede değerlik kabuğundaki elektron sayısına sahiptir.

Tabloyu kimyasal gruplara göre ayırmak, Özellikle son iki en dıştaki kabuklara göre ek desenler göstermektedir. (57 ila 71 arasındaki elementler lantanitlere ait iken, 89 ila 103 aktiniddir).

Aşağıdaki liste öncelikle Aufbau ilkesi ile uyumludur. Ancak, kural için bir dizi istisna vardır; örneğin palladyum (atom numarası 46), daha düşük atomik sayıya sahip diğer atomlardan farklı olarak beşinci kabukta hiç elektrona sahip değildir. Deneysel veriler mevcut olmadığında, tablodaki bazı girişler belirsizdir. (Örneğin, 108'in sonundaki öğelerin, elektron konfigürasyonlarının henüz ölçülmediği kısa yarı ömürleri vardır.)

Z Element Elektron / kabuk sayısıl Grup
1 Hydrogen 1 1
2 Helium 2 18
3 Lithium 2, 1 1
4 Beryllium 2, 2 2
5 Boron 2, 3 13
6 Carbon 2, 4 14
7 Nitrogen 2, 5 15
8 Oxygen 2, 6 16
9 Fluorine 2, 7 17
10 Neon 2, 8 18
11 Sodium 2, 8, 1 1
12 Magnesium 2, 8, 2 2
13 Aluminium 2, 8, 3 13
14 Silicon 2, 8, 4 14
15 Phosphorus 2, 8, 5 15
16 Sulfur 2, 8, 6 16
17 Chlorine 2, 8, 7 17
18 Argon 2, 8, 8 18
19 Potassium 2, 8, 8, 1 1
20 Calcium 2, 8, 8, 2 2
21 Scandium 2, 8, 9, 2 3
22 Titanium 2, 8, 10, 2 4
23 Vanadium 2, 8, 11, 2 5
24 Chromium 2, 8, 13, 1 6
25 Manganese 2, 8, 13, 2 7
26 Iron 2, 8, 14, 2 8
27 Cobalt 2, 8, 15, 2 9
28 Nickel 2, 8, 16, 2 10
29 Copper 2, 8, 18, 1 11
30 Zinc 2, 8, 18, 2 12
31 Gallium 2, 8, 18, 3 13
32 Germanium 2, 8, 18, 4 14
33 Arsenic 2, 8, 18, 5 15
34 Selenium 2, 8, 18, 6 16
35 Bromine 2, 8, 18, 7 17
36 Krypton 2, 8, 18, 8 18
37 Rubidium 2, 8, 18, 8, 1 1
38 Strontium 2, 8, 18, 8, 2 2
39 Yttrium 2, 8, 18, 9, 2 3
40 Zirconium 2, 8, 18, 10, 2 4
41 Niobium 2, 8, 18, 12, 1 5
42 Molybdenum 2, 8, 18, 13, 1 6
43 Technetium 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 Silver 2, 8, 18, 18, 1 11
48 Cadmium 2, 8, 18, 18, 2 12
49 Indium 2, 8, 18, 18, 3 13
50 Tin 2, 8, 18, 18, 4 14
51 Antimony 2, 8, 18, 18, 5 15
52 Tellurium 2, 8, 18, 18, 6 16
53 Iodine 2, 8, 18, 18, 7 17
54 Xenon 2, 8, 18, 18, 8 18
55 Caesium 2, 8, 18, 18, 8, 1 1
56 Barium 2, 8, 18, 18, 8, 2 2
57 Lanthanum 2, 8, 18, 18, 9, 2 3
58 Cerium 2, 8, 18, 19, 9, 2
59 Praseodymium 2, 8, 18, 21, 8, 2
60 Neodymium 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
72 Hafnium 2, 8, 18, 32, 10, 2 4
73 Tantalum 2, 8, 18, 32, 11, 2 5
74 Tungsten 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 Platinum 2, 8, 18, 32, 17, 1 10
79 Gold 2, 8, 18, 32, 18, 1 11
80 Mercury 2, 8, 18, 32, 18, 2 12
81 Thallium 2, 8, 18, 32, 18, 3 13
82 Lead 2, 8, 18, 32, 18, 4 14
83 Bismuth 2, 8, 18, 32, 18, 5 15
84 Polonium 2, 8, 18, 32, 18, 6 16
85 Astatine 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 Radium 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2 2
89 Actinium 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2 3
90 Thorium 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
91 Protactinium 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
92 Uranium 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 Californium 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
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 Hassium 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

Ayrıca bakınız

Commons-logo Wikimedia Commons'ta Elektron kabuğu ile ilgili çoklu ortam belgeleri bulunur.

Kaynak

  1. ↑ Jue, T. (2009). "Kuantum Mekaniği Temel Biyofiziksel Yöntemler". Biyofizikte Temel Kavramlar. Berlin: Springer. p. 33. ISBN 1-58829-973-2. 
"Bilgibank.tk" adresinden alınmıştır.