Основной электрон - Core electron

Основные электроны электроны в атом это не валентные электроны и не участвуйте в химическая связь.[1] Ядро и основные электроны атома образуют ядро ​​атома. Электроны ядра прочно связаны с ядром. Следовательно, в отличие от валентных электронов, остовные электроны играют второстепенную роль в химических связях и реакциях, экранируя положительный заряд атомного ядра от валентных электронов.[2]

Число валентных электронов элемента можно определить по группа периодической таблицы элемента (см. валентный электрон ):

  • За элементы основной группы число валентных электронов колеблется от 1 до 8 электронов (ns- и np-орбитали).
  • За переходные металлы, количество валентных электронов колеблется от 3 до 12 электронов (ns и (n-1) d орбитали).
  • За лантаноиды и актиниды, количество валентных электронов колеблется от 3 до 16 электронов (ns, (n-2) f и (n-1) d орбитали).

Все другие невалентные электроны атома этого элемента считаются остовными электронами.

Орбитальная теория

Более сложное объяснение разницы между остовными и валентными электронами можно описать с помощью теория атомной орбиты.

В атомах с одним электроном энергия орбитали определяется исключительно главным квантовым числом n. Орбиталь n = 1 имеет наименьшую возможную энергию в атоме. При больших n энергия возрастает настолько, что электрон может легко покинуть атом. В одноэлектронных атомах все уровни энергии с одним и тем же главным квантовым числом вырождены и имеют одинаковую энергию.

В атомах с более чем одним электроном энергия электрона зависит не только от свойств орбитали, на которой он находится, но и от его взаимодействия с другими электронами на других орбиталях. Это требует учета квантового числа l. Более высокие значения l связаны с более высокими значениями энергии; например, состояние 2p выше, чем состояние 2s. Когда l = 2, увеличение энергии орбитали становится достаточно большим, чтобы вытолкнуть энергию орбитали выше энергии s-орбитали в следующей более высокой оболочке; при l = 3 энергия проталкивается в оболочку на две ступени выше. Заполнение трехмерных орбиталей не происходит до тех пор, пока не будут заполнены 4s-орбитали.

Увеличение энергии подоболочек с увеличивающимся угловым моментом в более крупных атомах связано с эффектами электрон-электронного взаимодействия и, в частности, связано со способностью электронов с низким угловым моментом более эффективно проникать в ядро, где они менее экранированы. от заряда промежуточных электронов. Таким образом, в атомах с более высоким атомным номером l электронов становится все более и более определяющим фактором их энергии, а главные квантовые числа n электронов становятся все менее и менее важными в их энергетическом размещении. Энергетическая последовательность первых 35 подоболочек (например, 1s, 2s, 2p, 3s и т. Д.) Дана в следующей таблице [не показана?]. Каждая ячейка представляет собой подоболочку, где n и l задаются индексами строки и столбца соответственно. Число в ячейке - это позиция подоболочки в последовательности. См. Таблицу Менделеева ниже, организованную по подоболочкам.

Периодическая таблица, организованная атомными орбиталями.

Атомное ядро

Атомное ядро ​​относится к атом без валентные электроны.[3]

Атомное ядро ​​имеет положительный электрический заряд. Масса ядра почти равна массе атома. Атомное ядро ​​с достаточной точностью можно считать сферически-симметричным. Радиус ядра как минимум в три раза меньше радиуса соответствующего атома (если рассчитать радиусы теми же методами). Для тяжелых атомов радиус ядра немного увеличивается с увеличением числа электронов. Радиус ядра самого тяжелого элемента природного происхождения - уран - сравним с радиусом атома лития, хотя у последнего всего три электрона.

Химические методы не могут отделить электроны ядра от атома. При ионизации пламенем или ультрафиолетовый радиации, ядра атомов, как правило, также остаются нетронутыми.

Релятивистские эффекты

Для элементов с высоким атомным номером Z релятивистские эффекты могут наблюдаться для остовных электронов. Скорости s-электронов ядра достигают релятивистского импульса, что приводит к сжатию 6s-орбиталей относительно 5d-орбиталей. Физические свойства, на которые влияют эти релятивистские эффекты, включают пониженную температуру плавления ртути и наблюдаемый золотистый цвет золото и цезий за счет сокращения энергетического зазора.[4] Золото кажется желтым, потому что оно поглощает синий свет больше, чем другие длины волн видимого света, и поэтому отражает обратно желтый свет.

Золотой спектр

Электронный переход

Остовный электрон может быть удален со своего остовного уровня после поглощения электромагнитного излучения. Это либо возбудит электрон к пустой валентной оболочке, либо заставит его испускаться как фотоэлектрон из-за фотоэлектрический эффект. Образовавшийся атом будет иметь пустое пространство в основной электронной оболочке, которое часто называют керн. Он находится в метастабильном состоянии и распадется в течение 10 секунд.−15 s, высвобождая избыточную энергию через Рентгеновская флуоресценция (как характеристический рентген ) или Эффект оже.[5] Обнаружение энергии, испускаемой валентным электроном, падающим на орбиталь с более низкой энергией, дает полезную информацию об электронной и локальной решетчатой ​​структуре материала. Хотя большую часть времени эта энергия выделяется в виде фотон, энергия также может быть передана другому электрону, который вылетает из атома. Этот второй выброшенный электрон называется оже-электроном, и этот процесс электронного перехода с непрямым излучением известен как Эффект оже.[6]

Каждый атом, кроме водорода, имеет электроны остовного уровня с четко определенной энергией связи. Следовательно, можно выбрать элемент для зондирования, настроив энергию рентгеновского излучения на соответствующий край поглощения. Спектры испускаемого излучения могут использоваться для определения элементного состава материала.

Effective Nuclear Charge.svg

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Рассолов, Виталий А; Попл, Джон А; Редферн, Пол С; Кертисс, Ларри А. (2001-12-28). «Определение остовных электронов». Письма по химической физике. 350 (5–6): 573–576. Bibcode:2001CPL ... 350..573R. Дои:10.1016 / S0009-2614 (01) 01345-8.
  2. ^ Мисслер, Тарр, Г.Л. (1999). Неорганическая химия. Прентис-Холл.
  3. ^ Харальд Ибах, Ханс Лют. Физика твердого тела: Введение в основы материаловедения. Springer Science & Business Media, 2009. P.135.
  4. ^ «Квантовый праймер». www.chem1.com. Получено 2015-12-11.
  5. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "шнековый эффект ". Дои:10.1351 / goldbook.A00520
  6. ^ «Эффект Оже и другие безызлучательные переходы». Издательство Кембриджского университета. Получено 2015-12-11.