Ηλεκτρονικό κέλυφος (τροχιακά)

Τα άτομα είναι η μικρότερη μονάδα, που αποτελείται από τον θετικά φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλει τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Το νέφος ηλεκτρονίων αναφέρεται στην ομάδα ηλεκτρονίων (αρνητικά φορτισμένα) που κυκλοφορούν γύρω από τον πυρήνα ή ένα μόριο, ή το νέφος ηλεκτρονίων είναι η περιοχή με μεγάλη πιθανότητα να περιέχει ηλεκτρόνια.

Το κέλυφος ηλεκτρονίων είναι η πιο εξωτερική περιοχή ενός ατόμου που περιβάλλει τον ατομικό πυρήνα. Τα κελύφη ηλεκτρονίων μπορεί να έχουν ένα ή περισσότερα υποκέλυφα ηλεκτρονίων ή υποεπίπεδα – τα υποφλοιώματα αποτελούνται από ένα ή περισσότερα ατομικά τροχιακά. Τα τροχιακά του κελύφους ηλεκτρονίων είναι η περιοχή γύρω από το χώρο όπου η πυκνότητα πιθανότητας εύρεσης ηλεκτρονίου είναι μέγιστη.

Μοντέλο ηλεκτρονικού νέφους

Δηλώνει ότι δεν μπορούμε να γνωρίζουμε ακριβώς πού βρίσκεται το ηλεκτρόνιο σε μια δεδομένη στιγμή. Αλλά είναι πολύ πιθανό να βρίσκονται σε συγκεκριμένες περιοχές. Αυτές οι περιοχές καθορίζονται από τα τροχιακά και τα τροχιακά ακολουθούνται από τα κελύφη και τα υποτροχιακά.

Κελύφη ηλεκτρονίων στο μοντέλο Bohr 

• Το ηλεκτρόνιο μπορεί να περιστρέφεται μόνο σε ορισμένες σταθερές τροχιές και έχει σταθερή ενέργεια που ονομάζονται ενεργειακά επίπεδα ή στατικές καταστάσεις που ονομάζονται K, L, M, N, κ.λπ.
• Τα ηλεκτρόνια έχουν την ίδια ενέργεια με αυτή της τροχιάς στην οποία περιστρέφονται.
• Ενώ περιστρέφονται στο συγκεκριμένο ενεργειακό επίπεδο (τροχίες), τα ηλεκτρόνια δεν εκπέμπουν καμία ακτινοβολία.
• Εάν ένα ηλεκτρόνιο απορροφά ή εκπέμπει ενέργεια, πρέπει να μετακινηθεί σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας.
• Ορισμός σταθερών τροχιών:- μπορεί να περιστρέφεται μόνο σε εκείνες τις κυκλικές τροχιές στις οποίες η γωνιακή ορμή ενός ηλεκτρονίου του οποίου η ενέργεια είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του h/2π όπου h είναι η σταθερά του Planck.

Κβαντικοί αριθμοί

Το σύνολο των αριθμών που μας βοηθά να περιγράψουμε τη θέση και την ενέργεια των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο ονομάζονται κβαντικοί αριθμοί. Υπάρχουν τέσσερις κβαντικοί αριθμοί – 

Αρχή Κβαντικός Αριθμός (που συμβολίζεται με n)

Δείχνει την απόσταση ενός ηλεκτρονίου από τον πυρήνα. Καθώς η τιμή του n αυξάνεται, αυξάνεται η απόσταση των ηλεκτρονίων από τον πυρήνα καθώς και η ενέργεια των ηλεκτρονίων. Έχει τιμές 1,2,3,4, μέχρι το άπειρο.

Αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός (σημειώνεται με l)

Υποδεικνύει το σχήμα ενός τροχιακού (όχι των ηλεκτρονίων ) και μπορεί να έχει τιμές από 0 έως (n-1) για μια συγκεκριμένη τιμή του n.

Η τιμή του l υποδηλώνει το δευτερεύον ενεργειακό επίπεδο ή υποκέλυφος μέσα σε ένα συγκεκριμένο κέλυφος ή ενεργειακό επίπεδο.

Μαγνητικοί κβαντικοί αριθμοί (που συμβολίζονται με m)

Υποδεικνύει τον πιθανό προσανατολισμό ενός τροχιακού στο διάστημα. Η τιμή του m για μια συγκεκριμένη τιμή του l ποικίλλει από +l σε -, l, συμπεριλαμβανομένου του μηδενός.

Περιστροφή κβαντικών αριθμών (σημειώνεται με s)

Δεν υποδεικνύει μόνο το σύννεφο ηλεκτρονίων, αλλά χαρακτηρίζει επίσης το σπιν των ηλεκτρονίων.

Το ηλεκτρόνιο όχι μόνο κινείται γύρω από τον πυρήνα αλλά και περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του.

Αρχή Aufbau

Αυτή η αρχή δηλώνει ότι τα ηλεκτρόνια γεμίζουν ατομικά τροχιακά χαμηλότερης ενέργειας πριν γεμίσουν τα τροχιακά υψηλότερης ενέργειας.

Αρχή αποκλεισμού Pauli

Δηλώνει ότι κανένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο δεν έχει τις ίδιες τιμές και των τεσσάρων κβαντικών αριθμών ή κανένα ηλεκτρόνιο στο ίδιο τροχιακό δεν πρέπει να έχει αντίθετο σπιν.

Κανόνας του Χουντ

Δηλώνει ότι στη θεμελιώδη κατάσταση ενός ατόμου, το τροχιακό που έχει την ίδια ενέργεια πρέπει να καταλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο σε καθένα που έχει το ίδιο σπιν προτού οποιοδήποτε από αυτά καταληφθεί διπλά.

Κόμβα επίπεδα διαφορετικών τροχιών

Το κομβικό επίπεδο ορίζεται ως το επίπεδο που διέρχεται από τον πυρήνα, από τον οποίο η πιθανότητα εύρεσης ηλεκτρονίων που υπάρχουν σε τροχιά είναι μηδέν.

Πιθανά κομβικά επίπεδα για υποκελύφη είναι – 

• Ο αριθμός των κομβικών επιπέδων για την τροχιά s είναι μηδέν.
• Ο αριθμός των κομβικών επιπέδων για την τροχιά p είναι ένα.
• Ο αριθμός των κομβικών επιπέδων για d τροχιά είναι δύο.

Συμπέρασμα

Τα κελύφη ηλεκτρονίων καθορίζουν τις χημικές ιδιότητες ενός ατόμου. Τα ηλεκτρόνια είναι πολύ μικρά, ελαφριά και αρνητικά φορτισμένα. Πρέπει να αποκτηθούν ή να χαθούν σε χημικές αντιδράσεις. Τα ηλεκτρόνια είναι διατεταγμένα σε διαφορετικά κελύφη γύρω από τον πυρήνα. Κάθε κέλυφος μπορεί να χωρέσει έως και έναν ορισμένο αριθμό ηλεκτρονίων. Μέσα στα κελύφη, τα ηλεκτρόνια ομαδοποιούνται περαιτέρω σε υποφλοιώματα, δηλ. s,p,d,f κατά σειρά αύξησης της ενέργειας. Τα ηλεκτρόνια μπορεί να εμφανιστούν ή να εξαφανιστούν τυχαία στα σύννεφα. Το πρώτο κέλυφος έχει μόνο το υποκέλυφος. το δεύτερο έχει s και p? το τρίτο έχει s,p,d και το τέταρτο έχει s,p,d,f.