Az elektronhéj szerkezete – kémia 9. osztály
Ebben a leckében megtanuljuk, hogyan építhetjük fel az atomok elektronfelhőjét. Az atomok olyanok, mint egy kis mini naprendszerek. Az atommag körül elektronok keringenek. Azonban nem akárhol, hanem meghatározott pályákon. Ezt tekintjük át a videóban.
Megtanuljuk, hogy alapállapotban az elektronok az atommaghoz lehető legközelebbi pályán keringenek – ez az energiaminimum elve.
– Hogy az alhéjak pályáin igyekeznek a maximális páratlan szám betöltésére – ez a Hund-szabály.
– Azt is megtanuljuk, hogy egy atompályán maximum 2 elektron lehet, és ezeknek különbözik a spinjük – azaz a tengelyük körül egymáshoz képest eltérő irányba forognak.
– A periódusos rendszert is elővesszük, és ez alapján megnézzük, hogy mi az atompályák kiépülési sorrendje. (https://kozepsuliskemia.blogspot.com/)
Az elektronhéj és a Bohr-féle atommodell
Az egyik első atommodellt a dán tudós, Niels Bohr (1885–1962) alkotta meg 1913-ban. A modell felépítése a Nap körül keringő bolygókra emlékeztet: középpontjában a protonokból és neutronokból felépülő atommag található, mely körül különböző távolságokban, kör alakú elektronhéjakon helyezkednek el az elektronok. Az elektronhéjak energiaszintje eltérő: a maghoz közelebb lévők kisebb, míg a távolabb lévők nagyobb energiájúak. Minden elektronhéjat egyezményesen egy számmal és az n betűvel jelölnek, így például a maghoz legközelebb található elektronhéj jelölése 1n. Ahhoz, hogy egy elektron átkerülhessen egyik héjról a másikra, a két héj közti energiakülönbségnek megfelelő mennyiségű energiát kell felvennie vagy leadnia. Például ha egy elektron energiát vesz fel egy fotontól, gerjesztődik és átkerülhet egy nagyobb energiájú héjra. Ellenkező esetben, ha egy gerjesztett elektron visszakerül egy alacsonyabb energiaszintű héjra, leadja a többletenergiát, gyakran hő formájában.
A Bohr-féle atommodell az energiaszinteket az atommag körüli koncentrikus körökkel szemlélteti. Energiát kell befektetni, ahhoz hogy egy elektron az atommagtól távolabb, magasabb energiaszintre kerüljön, és energia szabadul fel, amikor az elektron visszatér a nagyobb energiájú pályáról a maghoz közelibbre.
Az atomok – hasonlóan a fizika törvényszerűségei szerint működő más dolgokhoz – a lehető legalacsonyabb energiaszintű, legstabilisabb szerkezet elérésére törekszenek. Ennek megfelelően az atom elektronhéjai belülről kifelé kezdenek el feltöltődni elektronokkal, vagyis először az atommaghoz legközelebbi, alacsony energiájú pályák töltődnek fel, és csak ezt követően a távolabbi, magasabb energiájúak. Az atommaghoz legközelebbi 1n elektronhéjon kettő, a következő 2n héjon nyolc, míg a harmadik, 3n héjon maximum tizennyolc elektron lehet.
A külső elektronhéjon lévő elektronok száma meghatározza az adott atom reaktivitását, vagy a más atomokkal való kötés kialakítására való képességét. Ezt a külső elektronhéjat vegyérték-elektronhéjnak, a rajta található elektronokat vegyértékelektronoknak nevezzük. Általában akkor a legstabilisabb egy atom, és ezzel együtt akkor a legkevésbé reaktív, ha a vegyérték-elektronhéja telített. A biológiai szempontból fontos elemek többségének nyolc elektronra van szüksége a vegyérték-elektronhéjon ahhoz, hogy stabil legyen. Ezt a szabályt oktett-szabálynak nevezzük.
