Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Elektronen, wie Partikel mit negativer Ladung, drehen sich auf Energieniveaus um den Kern eines Atoms. Jedes Energieniveau hat seine eigene Energie und kann eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen.
Nach den Klein-Gordon-Regeln darf sich auf der ersten Energieniveau nicht mehr als 2 Elektronen befinden. Dies liegt daran, dass das Niveau nur einen Orbital hat, der zwei Elektronen mit unterschiedlichen Spins aufnehmen kann. Dies ist die sogenannte s-orbitale Unterebene.
Auf der zweiten Energieniveau können sich nicht mehr als 8 Elektronen befinden. Es hat zwei Unterebenen: s- und p-orbital. Die Unterebene s kann bis zu 2 Elektronen aufnehmen und die Unterebene p kann bis zu 6 Elektronen aufnehmen. Hier sind verschiedene Kombinationen von Elektronenfüllungen dieser Unterebenen möglich.
Auf der dritten Energieebene können sich auch nicht mehr als 8 Elektronen befinden. Es hat drei Unterebenen: s-, p- und d-orbital. Die Unterstufe s bietet Platz für bis zu 2 Elektronen, die Unterstufe p für bis zu 6 Elektronen und die Unterstufe d für bis zu 10 Elektronen. Wie im vorherigen Fall bestimmen hier verschiedene Kombinationen der Füllung der Unterebenen die Anzahl der Elektronen pro Ebene.
Somit hat jedes Energieniveau seine eigene Grenze für die Anzahl der Elektronen, die sich darauf befinden können. Dies liegt an den Prinzipien der Befüllung der elektronischen Schalen eines Atoms und seiner Energiestruktur.
Energieniveaus eines Atoms
Atome bestehen aus Elektronen, die sich auf bestimmten Energieniveaus um den Atomkern bewegen. Jede Ebene hat eine bestimmte Energie und kann eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen. Die Energie jedes Levels erhöht sich, wenn sie vom Kern entfernt werden.
Auf der ersten Energieniveau können sich nicht mehr als 2 Elektronen befinden. Es ist die kleinste Größe und hat die geringste Energie.
Auf der zweiten Energieebene können sich bis zu 8 Elektronen befinden. Es ist bereits größer als die erste Ebene und hat viel Energie.
Auf der dritten Energieebene können bis zu 18 Elektronen vorhanden sein. Es ist noch größer als die zweite Ebene und hat noch mehr Energie.
Auf der vierten Energieebene können sich bis zu 32 Elektronen befinden.
Somit kann jedes nächste Energieniveau mehr Elektronen aufnehmen als das vorherige und hat mehr Energie.
Interessante Tatsache: Die größte Anzahl von Elektronen kann sich in der fünften Energiehülle oder auf einer Ebene befinden, die bis zu 50 Elektronen aufnehmen kann.
Verteilung von Elektronen auf Energieniveaus
Elektronen in einem Atom werden sie auf Energieniveaus verteilt, die unterschiedlichen Energiewerten entsprechen.
Das erste Energieniveau, auch genannt primär, kann maximal 2 Elektronen aufnehmen. Auf dieser Ebene befindet sich die Elektronenwolke, die dem Atomkern am nächsten ist.
Das zweite Energieniveau kann maximal 8 Elektronen aufnehmen. Ebenso wie die erste Ebene ist ihre Form sphärisch.
Die dritte und die folgenden Energieniveaus beherbergen eine größere Anzahl von Elektronen. Sie sind sphärisch geformt, können aber auch Vorsprünge und flache Zonen bilden. Die Kapazität jeder Ebene kann mit der Formel 2n ^ 2 ausgedrückt werden, wobei n die Nummer des Energieniveaus ist.
Zum Beispiel kann das dritte Energieniveau maximal 18 Elektronen aufnehmen (2 x 3^ 2 = 18).
Es ist wichtig zu beachten, dass Elektronen immer Energieniveaus füllen, beginnend mit niedrigeren und endend mit höheren. Dies ist bekannt als das Prinzip des Füllens von Ebenen.
Grundlegendes Energieniveau
Auf dem grundlegenden Energieniveau kann eine maximale Anzahl von Elektronen vorhanden sein, die gleich zwei ist, unabhängig davon, welches Element in der Frage ist. Diese Elektronen befinden sich in den 1s-Orbitalen und bilden die am nächsten gelegene Elektronenwolke zum Kern des Atoms.
Das grundlegende Energieniveau hat die niedrigste Energie unter allen Energieniveaus. Höhere Energieniveaus, wie das erste, zweite, dritte und so weiter, können eine größere Anzahl von Elektronen enthalten und eine höhere Energie haben.
Die karierte Tabellenregel
Die zelluläre Tabellenregel, auch bekannt als Hund-Regel, besagt, dass jedes atomare Orbitalenergieniveau eine bestimmte Anzahl von Elektronen enthalten kann.
Alle elektronischen Energieniveaus werden in einer karierten Tabelle dargestellt, in der horizontale Reihen die Energieniveaus (von n = 1 bis n = 7) darstellen und vertikale Spalten die elektronischen Unterebenen (s, p, d, f) darstellen.
Gemäß der Hund-Regel können sich die folgenden Elektronenmengen auf jedem Energieniveau befinden:
- Das erste Energieniveau (n = 1) kann maximal 2 Elektronen enthalten.
- Das zweite Energieniveau (n = 2) kann maximal 8 Elektronen enthalten.
- Das dritte Energieniveau (n = 3) kann maximal 18 Elektronen enthalten.
- Das vierte Energieniveau (n = 4) kann maximal 32 Elektronen enthalten.
- Das fünfte Energieniveau (n = 5) kann maximal 50 Elektronen enthalten.
- Das sechste Energieniveau (n = 6) kann maximal 72 Elektronen enthalten.
- Das siebte Energieniveau (n = 7) kann maximal 98 Elektronen enthalten.
Die Zelltabellenregel ist ein wichtiges Instrument, um die elektronische Konfiguration von Atomen zu verstehen und die Anzahl der Elektronen auf jedem Energieniveau zu bestimmen.
Externe Energieniveaus
Jedes Atom hat eine bestimmte Anzahl von Energieniveaus, auf denen sich Elektronen befinden können. Die äußeren Energieniveaus befinden sich in der größten Entfernung vom Kern eines Atoms und enthalten eine größere Menge an Energie im Vergleich zu den engeren Energieniveaus.
Die Anzahl der Elektronen, die sich auf jedem externen Energieniveau befinden können, hängt von der Gesamtzahl der Energieniveaus im Atom ab. Das externe Energieniveau kann bis zu 8 Elektronen enthalten.
Die folgende Tabelle zeigt die Anzahl der Elektronen auf jedem externen Energieniveau für Atome mit einer unterschiedlichen Anzahl von gemeinsamen Energieniveaus:
| Anzahl der Energieniveaus | Die Anzahl der Elektronen auf einem externen Energieniveau |
|---|---|
| 1 | 2 |
| 2 | 8 |
| 3 | 8 |
| 4 | 18 |
| 5 | 18 |
| 6 | 32 |
So kann man sehen, dass sich auf den äußeren Energieniveaus bis zu 32 Elektronen befinden können, abhängig von der Gesamtzahl der Energieniveaus im Atom.
Energieniveaus und chemische Aktivität
Nach dem "Planetary Atom" -Modell von Niels Bohr sind die Energieniveaus eines Atoms spezifische Energiezonen, in denen sich Elektronen befinden können. Das erste Energieniveau ist dem Kern eines Atoms am nächsten und hat die geringste Energie, während das letzte Energieniveau am weitesten vom Kern entfernt ist und die meiste Energie aufweist.
Jedes Energieniveau kann eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen. Das erste Energieniveau kann nicht mehr als 2 Elektronen enthalten, das zweite nicht mehr als 8 Elektronen, das dritte nicht mehr als 8 Elektronen und so weiter.
Die chemische Aktivität von Atomen hängt von ihren Energieniveaus ab. Wenn die Energieniveaus eines Atoms vollständig mit Elektronen gefüllt sind, hat das Atom den niedrigsten Grad an chemischer Aktivität und wird als inert bezeichnet. Zum Beispiel ist Helium ein inertes Gas, da seine Energieniveaus vollständig mit Elektronen gefüllt sind. Auf der anderen Seite haben Atome mit leeren Energieniveaus eine hohe chemische Aktivität und können Bindungen zu anderen Atomen bilden, um eine stabilere Konfiguration zu erreichen.
- Inerte Elemente wie Helium und Neon befinden sich normalerweise in der Gruppe der Edelgase und weisen vollständig gefüllte Energieniveaus auf. Sie haben eine geringe chemische Aktivität und treten selten in chemische Reaktionen ein.
- Atome, bei denen das letzte Energieniveau nicht vollständig gefüllt ist, haben eine erhöhte chemische Aktivität. Diese Atome versuchen, das Energieniveau zu vervollständigen, indem sie Elektronen von anderen Atomen hinzufügen oder erhalten. Zum Beispiel wird ein Natriumatom mit dem letzten Energieniveau mit einem freien Elektron in chemischen Reaktionen aktiv und bildet leicht ein Ionen mit einer positiven Ladung, indem es dieses Elektron abgibt.
- Atome, bei denen das letzte Energieniveau nicht vollständig gefüllt ist, können Bindungen zu anderen Atomen bilden, um eine stabile Konfiguration zu erreichen. Dies ermöglicht die Bildung von Molekülen verschiedener chemischer Verbindungen. Zum Beispiel verbinden sich Sauerstoff- und Wasserstoffatome, um ein Wassermolekül zu bilden.
Daher spielen die Energieniveaus von Elektronen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der chemischen Aktivität von Atomen und ihrer Fähigkeit, chemische Verbindungen zu bilden.
Energieniveaus und photoelektrischer Effekt
Energieniveaus sind Energiezustände, in denen sich die Elektronen von Atomen oder Molekülen befinden können. Jedes Energieniveau hat einen bestimmten Energiewert, der seine Position relativ zu den anderen Ebenen bestimmt.
Der photoelektrische Effekt ist ein Phänomen, bei dem Lichtquanten oder Photonen Elektronen aus der Oberfläche einer Materie herausschlagen. Dazu muss die Photonenenergie groß genug sein, um die Energie des Elektronenniveaus zu überschreiten, auf dem sich das Elektron in der Materie befindet.
Wenn Licht auf eine Substanz trifft, interagiert das äußere Photon mit dem inneren Elektron und überträgt seine Energie an sie. Wenn die Energie eines Photons die Energie des Elektronenniveaus übersteigt, wird das Elektron aus dem Atom oder Molekül ausgeschlagen und wird frei. Die verbleibende Energie des Photons wird in die kinetische Energie des ausgestoßenen Elektrons umgewandelt.
Die Anzahl der Elektronen, die sich auf jedem Energieniveau befinden können, hängt von den Gesetzen der Quantenmechanik ab. Verschiedene Energieniveaus können in einem Atom vorhanden sein, z. B. Grund-, angeregt- und Resonanzniveaus. Jede Ebene kann gemäß den Füllprinzipien mit einer bestimmten Anzahl von Elektronen besetzt werden.
Auf der Hauptenergieebene befindet sich die größte Anzahl von Elektronen – das ist das Niveau mit der geringsten Energie. Die anderen Ebenen - angeregt - befinden sich in größeren Entfernungen vom Kern und haben eine höhere Energie. Die Anzahl der Elektronen auf jedem Energieniveau ist auf zwei Grundregeln beschränkt: das Pauli-Prinzip und die Hund-Regeln.
Das Pauli-Prinzip besagt, dass sich nicht mehr als zwei Elektronen mit gegenüberliegenden Spins in einem Zustand befinden können. Das heißt, wenn ein elektronischer Zustand bereits von einem Elektron besetzt ist, kann das andere Elektron nur einen anderen Energiezustand desselben Niveaus einnehmen.
Die Hund-Regeln bestimmen die Reihenfolge, in der elektronische Zustände ausgefüllt werden. Die Hund-Regel besagt, dass die Energieniveaus zunächst so gefüllt sind, dass sie den maximal möglichen Spinzustand und die minimalste Energie haben.
Daher sind die Energieniveaus und die Anzahl der Elektronen auf ihnen grundlegende Konzepte in der Quantentheorie und erlauben es, eine Vielzahl von physikalischen Phänomenen zu erklären, einschließlich des photoelektrischen Effekts.
Maximale Anzahl von Elektronen pro Energieniveau
Somit können maximal 2 Elektronen (2 * 12 = 2) auf der ersten Energieebene vorhanden sein, auf der zweiten 8 Elektronen (2 * 22 = 8), auf der dritten 18 Elektronen (2 * 32 = 18) und so weiter. Einige Energieniveaus haben jedoch Einschränkungen, die mit dem Prinzip der Befüllung von elektronischen Schalen verbunden sind.
Gemäß der Clayperon-Mendelejew-Regel kann jede Elektronenschale maximal 2n2 Elektronen enthalten, wobei n die Nummer der Elektronenschale ist. Aber die elektronische Hülle s kann nur 2 Elektronen, p - 6 Elektronen, d - 10 Elektronen, f - 14 Elektronen enthalten.
Zum Beispiel wird die maximale Anzahl von Elektronen auf der dritten Energieebene nicht 18 (2 * 32 = 18) sein, sondern 8 Elektronen (2 + 6). Dies liegt daran, dass die dritte Energieniveau eine elektronische Hülle s und eine elektronische Hülle p enthält, die jeweils 2 bzw. 6 Elektronen enthalten kann.
Daher hängt die maximale Anzahl von Elektronen auf jedem Energieniveau von der Füllstandsnummer und dem Typ der elektronischen Schalen ab und kann mit den entsprechenden Formeln und Regeln für das Ausfüllen von elektronischen Schalen berechnet werden.
