Úvod do chemie

Termy

• kvantizaceProces aproximace spojitého signálu souborem diskrétních symbolů nebo celočíselných hodnot.
• frekvencePočet výskytů opakující se události za jednotku času.

Energie elektronů v atomových orbitalech

Ústřední strukturou atomu je jádro, které obsahuje protony a neutrony. Toto jádro je obklopeno elektrony. Přestože všechny tyto elektrony mají stejný náboj a stejnou hmotnost, každý elektron v atomu má jiné množství energie. Elektrony s nejnižší energií se nacházejí nejblíže jádru, kde je přitažlivá síla kladně nabitého jádra největší. Elektrony, které mají vyšší energii, se nacházejí dále.

Kvantizace energie

Pokud se zvýší energie atomu (například při zahřívání látky), zvýší se i energie elektronů uvnitř atomu – to znamená, že se elektrony excitují. Aby se excitovaný elektron mohl vrátit do své původní energie neboli základního stavu, musí energii uvolnit. Jedním ze způsobů, jak může elektron uvolnit energii, je vyzařování světla. Každý prvek při zahřátí vyzařuje světlo o určité frekvenci (nebo barvě), která odpovídá energii elektronické excitace.

Je užitečné si to představit jako výstup po schodech. Pokud dostatečně nezvednete nohu, narazíte do schodu a zůstanete trčet na úrovni země. Abyste mohli pokračovat dál, musíte zvednout nohu do výšky schodu. Totéž platí pro elektrony a množství energie, které mohou mít. Toto rozdělení elektronů na jednotky energie se nazývá kvantování energie, protože existuje pouze určité množství energie, které může mít elektron v atomu. Energie světla uvolněná při pádu elektronu z vyšší energetické hladiny na nižší je stejná jako rozdíl energií mezi oběma hladinami.

Elektronové obaly

Začneme velmi jednoduchým způsobem znázornění uspořádání elektronů v okolí atomu. Zde jsou elektrony uspořádány v energetických hladinách neboli slupkách kolem jádra atomu. Elektrony, které se nacházejí v první energetické hladině (energetická hladina 1), jsou nejblíže jádru a budou mít nejnižší energii. Elektrony vzdálenější od jádra mají vyšší energii. Do elektronového obalu atomu se vejde 2n2 elektronů, kde n je energetická hladina. Například první obal může pojmout 2 x (1)2 neboli 2 elektrony. Druhá slupka může pojmout 2 x (2)2 neboli 8 elektronů.

Příklad fluor (F), má atomové číslo 9, což znamená, že neutrální atom fluoru má 9 elektronů. První 2 elektrony se nacházejí v první energetické hladině a zbylých 7 se nachází ve druhé energetické hladině.

Atomové orbitaly

Ačkoli elektrony lze jednoduše znázornit jako kroužení kolem jádra v kruzích, ve skutečnosti se elektrony pohybují po drahách, které jsou mnohem složitější. Tyto dráhy se nazývají atomové orbitaly nebo podskupiny. Existuje několik různých tvarů orbitalů – s, p, d a f, ale my se nyní zaměříme hlavně na s a p orbitaly. První energetická hladina obsahuje pouze jeden s orbital, druhá energetická hladina obsahuje jeden s orbital a tři p orbitaly a třetí energetická hladina obsahuje jeden s orbital, tři p orbitaly a pět d orbitalů. V rámci každé energetické hladiny má orbital s nižší energii než orbitaly p.

Orbitální diagram pomáhá určit elektronovou konfiguraci prvku. Elektronová konfigurace prvku je uspořádání elektronů v slupkách. Pro určení této konfigurace existuje několik zásad:

• Každý orbital může pojmout pouze dva elektrony. Elektrony, které se v orbitalu vyskytují společně, se nazývají elektronový pár.
• Elektron se vždy snaží vstoupit do orbitalu s nejnižší energií.
• Elektron může obsadit orbital sám, ale raději obsadí orbital s nižší energií s jiným elektronem, než aby obsadil orbital s vyšší energií. Jinými slovy, v rámci jedné energetické hladiny elektrony obsadí orbital s, než začnou obsazovat orbitaly p.
• Podpól s může obsahovat 2 elektrony.
• Podpól p může obsahovat 6 elektronů.

Elektronové konfigurace lze použít k racionalizaci chemických vlastností v anorganické i organické chemii. Používá se také k interpretaci atomových spekter, což je metoda používaná k měření energie světla vyzařovaného prvky a sloučeninami.

.