Einführung: Die Position von Elektronen in Atomen verstehen
Elektronen sind ein grundlegender Bestandteil von Atomen und bestimmen das Verhalten und die Eigenschaften von Materialien. Um viele physikalische und chemische Phänomene zu verstehen, ist es zunächst notwendig, die genaue Anordnung und das Verhalten von Elektronen in Atomen zu verstehen.
Allgemeine Struktur eines Atoms
Jedes Atom besteht aus drei Hauptteilen:
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Protonen (positiv geladene Teilchen)
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Neutron (neutrales Teilchen)
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Elektronen (negativ geladene Teilchen)
Vergleich atomarer Komponenten
| Besonderheit | Protonen | Neutron | elektronisch |
|---|---|---|---|
| Er trägt | +1 | 0 | -1 |
| Gewicht (kg) | 1,67×10^-27 | 1,67×10^-27 | 9,11×10^-31 |
| Ort | nuklear | nuklear | Rund um den Kern |
Modell des Atoms und der Position der Elektronen
1. Thompsons Rosinenkuchen-Modell (1897)
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Elektronen sind im gesamten Kathodenmaterial verteilt.
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wie Rosinen in einem Kuchen
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Heute ist dies bereits überholt.
2. Rutherfords Kernmodell (1911)
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Elektronen kreisen um den Kern.
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Weil sich die Planeten um die Sonne drehen.
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Das Problem der Stabilität des Kreises wird dadurch nicht gelöst.
3. Bohrs Modell (1913)
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Elektronen bewegen sich auf bestimmten Bahnen (Energieniveaus).
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Jeder Stromkreis hat eine bestimmte Leistung.
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Elektronen können sich zwischen Energieniveaus bewegen.
4. Quantenmechanisches Modell (von 1926 bis heute)
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Elektronen sind sowohl Teilchen als auch Wellen.
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Der genaue Standort des Elektrons ist unbekannt.
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Es besteht die Möglichkeit, ein Elektron in einem Orbital zu finden.
Atomorbitale: Der Geburtsort der Elektronen
Im Quantenmodell werden Elektronen in bestimmte Umlaufbahnen gebracht, in denen die Wahrscheinlichkeit ihres Vorkommens am höchsten ist.
Pfadtyp:
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s Orbital (sphärisch)
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p-Orbital ( Hantel )
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d-Orbitale (komplexe Formen)
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f-Orbitale (sehr komplexe Formen)
Elektronenenergieniveaus
Elektronen existieren auf verschiedenen Energieniveaus (Elektronenschalen):
Basisschicht:
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K-Schale (n=1) – bis zu 2 Elektronen
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L-Schale (n=2): bis zu 8 Elektronen
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M-Schale (n=3): bis zu 18 Elektronen
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N-Schale (n=4): bis zu 32 Elektronen
usw.
Verteilung der Elektronen in Orbitalen
Die Elektronen werden nach drei wichtigen Prinzipien auf die Orbitale verteilt :
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Konstruktionsprinzipien :
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Elektronen füllen zuerst die Orbitale mit der niedrigsten Energie.
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Pauli-Ausschlussprinzip :
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Jedes Orbital kann bis zu zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin enthalten.
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Spielregeln „Bloodhound“ :
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Zunächst füllen Elektronen einzeln Orbitale mit gleicher Energie.
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Die Bewegung von Elektronen in Atomen
Es gibt zwei Arten der Elektronenbewegung:
Elektronengeschwindigkeit:
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etwa 2200 km/s (für Elektronen in der inneren Schale)
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Diese Geschwindigkeit beträgt ungefähr 1 % der Lichtgeschwindigkeit.
Valenzelektronen und ihre Funktionen
Elektronen in der äußeren Schale (Valenzelektronen):
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Sie spielen eine Rolle bei der Bildung chemischer Bindungen.
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Bestimmen Sie die chemischen Eigenschaften der Elemente.
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Teilnahme an chemischen Reaktionen
Messung der Position von Elektronen
Nach der Heisenbergschen Unschärferelation gilt:
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Es ist unmöglich, die Position und Geschwindigkeit eines Elektrons gleichzeitig mit hoher Genauigkeit zu messen.
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Wir können nur die Wahrscheinlichkeit berechnen, mit der Elektronen in verschiedenen Bereichen auftreten.
Ergebnis: Wo befinden sich die Elektronen in einem Atom?
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Elektronen befinden sich um den Kern herum.
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Sein genauer Standort kann nicht bestimmt werden, bekannt ist lediglich die Wahrscheinlichkeit, dass er sich in der Umlaufbahn befindet .
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Elektronen sind auf verschiedene Energieniveaus verteilt.
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Das Verhalten von Elektronen wird durch die Gesetze der Quantenmechanik bestimmt.
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Die letzte Valenzelektronenschale bestimmt die chemischen Eigenschaften eines Elements.
Das Verständnis der Position und des Verhaltens von Elektronen ist für das Verständnis vieler wissenschaftlicher Phänomene und moderner Technologien von grundlegender Bedeutung . Von der Schaffung neuer Materialien bis zur Entwicklung von Quantencomputern hängt alles von einem genauen Verständnis der Elektronen ab.