Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał Wydrukuj

Czy elektrony w atomie mogą poruszać się w dowolnej przestrzeni wokół jądra? Czy natura dopuszcza możliwość zderzenia się elektronów w atomie?

Już wiesz
  • że elementami tworzącymi atom są: elektrony, protony, neutrony;

  • że centralną część atomu (jądro atomowe) tworzą nukleony (protony i neutrony);

  • że elektrony znajdują się w przestrzeni wokół jądra atomowego;

  • że w atomie liczba protonów jest równa liczbie elektronów.

Nauczysz się
  • oznaczać powłoki elektronowe w atomie;

  • określać maksymalną liczbę elektronów tworzących poszczególne powłoki elektronowe atomu;

  • opisywać rozmieszczenie elektronów w atomie;

  • wskazywać elektrony walencyjne.

iDP5Qw3ExP_d5e161

1. Czy elektrony w atomie poruszają się w dowolnym miejscu przestrzeni wokółjądrowej?

Elektrony zajmują w atomie przestrzeń wokół jądra. Poruszają się w niej z dużą szybkością i w różnych kierunkach. Mówi się o nich, że tworzą chmurę elektronową.

Przestrzeń w atomie zajmowana przez elektrony jest ogromna w stosunku do objętości, jaką zajmuje jądro atomowe. Jednak nie oznacza to, że każdy z elektronów porusza się swobodnie w każdym punkcie tej przestrzeni. Okazuje się bowiem, że elektrony poruszają się tylko w ograniczonych obszarach. Obszary te nazwane zostały powłokami elektronowymi. W ich obrębie elektrony poruszają się z dużą szybkością i we wszystkich kierunkach. Liczba powłok elektronowych w atomach jest różna i uzależniona od liczby elektronów. Największe znane nam atomy mają siedem powłok, a najmniejsze – jedną.

Elektrony poruszające się na różnych powłokach różnią się energią. Im bliżej jądra atomowego znajduje się elektron, tym ma niższą energię. I przeciwnie – im dalej od jądra atomowego znajduje się elektron, tym jego energia jest wyższa.

RNX5jZ9V9wW5e1
Film zaczyna się od ujęcia przestrzeni wypełnionej szczelnie szarymi kulkami symbolizującymi atomy. Następuje zbliżenie na jedną z takich kulek. Kulka zamienia się na schemat atomu z czarnym jądrem i szarą przestrzenią wokół niego, która na krawędzi przechodzi w biel. Pojawia się animacja strzałki okrążającej szarą przestrzeń zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Strzałka ta odsłania spod szarej zasłony obraz czerwonej kuli w środku oznaczonej jako jądro i naprzemienne otaczające ją białe i szare pierścienie oznaczone jako powłoki elektronowe. Następuje oddalenie od atomu i zaznaczenie siedmiu szarych, ale coraz jaśniejszych wraz ze wzrostem liczby powłok elektronowych. Pierścień, czyli powłoka numer 1 jest najbliżej jądra, a powłoka numer 7 najdalej. Ponowne zbliżenie na jądro atomu, tym razem widoczne są cztery powłoki elektronowe. Do każdej z nich prowadzi strzałka podpisana tekstem Elektrony o podobnej energii. Cały schemat nosi podpis Energia elektronu. Podpis znika, a pomiędzy powłokami pojawiają się małe czerwone znaki nierówności skierowane czubkiem do wnętrza atomu. Następuje oddalenie widoku połączone z zaznaczeniem wszystkich siedmiu powłok elektronowych. Pojawia się gruba czerwona strzałka skierowana od jądra atomu w kierunku zewnętrznym i podpisana Energia elektronu rośnie.

Powłoki elektronowe nie mają fizycznego odzwierciedlenia w budowie atomu. To przede wszystkim energia danego elektronu oraz obecność pozostałych elektronów decydują, w jakim obszarze wokół jądra będzie się on poruszał. W przestrzeni wokół jądra nie ma żadnych fizycznych barier, które utrzymywałyby elektron na określonej powłoce.

iDP5Qw3ExP_d5e236

2. Ile elektronów może znajdować się na powłokach?

Powłokom elektronowym w atomie nadano symbole literowe od K do Q. Powłoka najbliżej jądra (pierwsza) oznaczona jest literą K. Następne to: L, M, N, O, P, Q.

Powłoki elektronowe

Kolejność powłok (odległość od jądra)

pierwsza

druga

trzecia

czwarta

piąta

szósta

siódma

Symbol powłoki

K

L

M

N

O

P

Q

Na każdej z powłok może znajdować się określona liczba elektronów. Na przykład na pierwszej powłoce mogą przebywać tylko dwa elektrony, a na trzeciej – osiemnaście. Im dalej od jądra atomu znajduje się powłoka, tym więcej elektronów może pomieścić. Maksymalną liczbę elektronów, jaka może znajdować się na powłoce, opisuje wzór: 2n Indeks górny 2, w którym n oznacza numer powłoki.

Liczby elektronów przypisane powłokom

Numer powłoki (n)

1

2

3

4

5

6

7

Symbol powłoki elektronowej

K

L

M

N

O

P

Q

Maksymalna liczba elektronów na powłoce (2nIndeks górny 2)

2

8

18

32

50

72

98

R1HHQnP3sTb7Z1
Źródło: Krzsysztof Jaworski, OpenClips (http://pixabay.com), licencja: CC BY 3.0.
iDP5Qw3ExP_d5e278

3. Jak rozmieszczone są elektrony w atomie?

Rozmieszczenie elektronów na poszczególnych powłokach nazywa się konfiguracją elektronowąkonfiguracja elektronowakonfiguracją elektronową. Jej zapis poznamy na przykładach. Przedstawienie konfiguracji elektronowej atomu rozpoczniemy od atomu helu, który ma dwa elektrony. Te dwa elektrony mogą przebywać na pierwszej powłoce K. Tę informację możemy zaprezentować na kilka sposobów. Przedstawiono je w tabeli 3.

Sposoby prezentacji konfiguracji elektronowej

Sposób prezentacji

Konfiguracja elektronowa
atomu helu

Ogólne zasady zapisu

zapis z użyciem nawiasów kwadratowych

[2]

W nawiasie kwadratowym wymieniamy kolejno liczby elektronów znajdujących się na powłokach: pierwszej, drugiej i kolejnych. Liczby te oddzielamy przecinkami.

zapis z użyciem symboli powłok

KIndeks górny 2

Podajemy symbole zajętych przez elektrony powłok. Z prawej strony każdego symbolu, w indeksie górnym, zapisujemy liczbę elektronów znajdujących się na powłoce.

Zapis w postaci schematu

RzhPYdkfv5pOd1
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.

Rysujemy schemat, na którym zaznaczamy jądro atomu i kolejne zapełnione przez elektrony powłoki. Wpisujemy symbole powłok i liczby przypisanych im elektronów.

Polecenie 1

Zastanów się i odpowiedz, która z liczb: atomowa czy masowa jest niezbędna do określenia konfiguracji elektronowej atomu?

Wskazówka

Zauważ, że do przedstawienia konfiguracji elektronowej atomu konieczna jest znajomość liczby elektronów. A jak pamiętamy, liczba elektronów jest równa liczbie protonów.

R19L8KgCCjXxB1
Konfiguracja elektronowa atomu tlenu

Konfiguracja elektronowa atomu krzemu Si14

Zapis z użyciem nawiasów kwadratowych
[2, 8, 4]

Zapis z użyciem symboli powłok
K Indeks górny 2L Indeks górny 8M Indeks górny 4

Zapis w postaci schematu

RYgXCJN9CAjsX1
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
Ważne!

Zapełnianie powłok 2. (L) i 3. (M) w atomach następuje, gdy niższa powłoka zostanie zapełniona maksymalną liczbą elektronów. W przypadku atomów o liczbie atomowej większej niż 18 reguła ta zazwyczaj nie obowiązuje. Choć na powłoce trzeciej może znaleźć się maksymalnie 18 elektronów, to obsadzanie czwartej powłoki następuje często zanim powłoka trzecia całkowicie się wypełni.
Zjawisko to obrazują prawidłowo zapisane konfiguracje elektronowe, m.in. następujących atomów pierwiastków chemicznych:
K19 [2, 8, 8, 1]
Ca20 [2, 8, 8, 2]
Sc21 [2, 8, 9, 2]

iDP5Qw3ExP_d5e463

4. Czy elektrony ostatniej powłoki są ważne?

Elektrony znajdujące się najdalej od jądra atomowego są najsłabiej przez to jądro przyciągane i często oddziałują na elektrony innych atomów. Można o nich w przenośni powiedzieć, że reprezentują atom na zewnątrz. Decydują o właściwościach atomu. Jako jedyne ze wszystkich mają własną nazwę – elektrony walencyjneelektrony walencyjneelektrony walencyjne, a powłoka, na której się znajdują, nazywa się powłoką walencyjnąpowłoka walencyjnapowłoką walencyjną. Atomy mogą mieć różną liczbę elektronów walencyjnych (od jednego do ośmiu).

RMNyBjefiMFCc1
Elektrony walencyjne
Konfiguracja elektronowa i liczba elektronów walencyjnych przykładowych atomów

Atomy

Konfiguracja
elektronowa

Liczba elektronów
walencyjnych

H1

KIndeks górny 1

1

N7

KIndeks górny 2 LIndeks górny 5

5

Si14

KIndeks górny 2 LIndeks górny 8 MIndeks górny 4

4

Ar18

KIndeks górny 2 LIndeks górny 8 MIndeks górny 8

8

iDP5Qw3ExP_d5e500

Podsumowanie

  • Elektrony w atomie krążą w ściśle określonej przestrzeni wokół jądra (w obszarach zwanych powłokami elektronowymi).

  • Każda powłoka może pomieścić ograniczoną liczbę elektronów (2nIndeks górny 2, n – numer powłoki).

  • Rozmieszczenie elektronów w atomie nazywa się konfiguracją elektronową.

  • Ostatnia powłoka w atomie nosi nazwę powłoki walencyjnej, a elektrony poruszające się w jej przestrzeni to elektrony walencyjne.

Praca domowa
Polecenie 2.1

Który z opisanych atomów ma największą liczbę elektronów walencyjnych? Podaj tę liczbę.

Tabela do zadania

Numer atomu

1

2

3

4

Opis atomu

Ne1020

atom sodu zawierający w jądrze atomowym 11 protonów

C6

liczba masowa atomu = 19
liczba atomowa = 9

Polecenie 2.2

Wśród atomów o liczbie atomowej od 1 do 18 znajdź grupy atomów, które mają jednakową liczbę elektronów walencyjnych. Policz, ile jest takich grup.

iDP5Qw3ExP_d5e561

Słowniczek

elektrony walencyjne
elektrony walencyjne

elektrony poruszające się w zewnętrznej (często położonej najdalej od jądra atomowego; ostatniej) powłoce elektronowej w atomie

konfiguracja elektronowa
konfiguracja elektronowa

rozmieszczenie elektronów w atomie

powłoka walencyjna
powłoka walencyjna

powłoka, na której znajdują się elektrony walencyjne, często ostatnia (najbardziej zewnętrzna) powłoka elektronowa w atomie

iDP5Qw3ExP_d5e634

Zadania

Ćwiczenie 1
R16vEfbMoWcvy1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
R1X1uqPOErxjz1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
RuvkUCPNunR5V1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
RCm2tb1fUSlsA1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 5
R1PncU3hJOBr91
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 6
ReZ0bxv6AyWFI1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 7
R1IaCQxOjRMKQ1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 8
RopnOh0JRInYa1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 9
R1QvNtKnaW7uN1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.