Atomens uppbyggnad

Atomens uppbyggnad
Niklas Dahrén
Innehållet i
denna undervisningsfilm:
Atomens uppbyggnad Elektronkonfigura5on Valenselektroner Ädelgasstruktur Elektronformler Atomens uppbyggnad
Alla atomer består av en centralt placerad atomkärna. Atomkärnan innehåller: -­‐  Posi4vt laddade protoner -­‐  Oladdade neutroner Runt atomkärnan kretsar nega4vt laddade elektroner på vissa bestämda avstånd från kärnan. +
+
+
Bilden visar en li5umatom: -­‐  3 posi4vt laddade protoner -­‐  4 oladdade neutroner -­‐  3 nega4vt laddade elektroner Li Neutronernas uppgiC är a9 avskärma protonerna från varandra så a9 de inte stöter bort varandra. Vanliga atomer har all5d lika många protoner som elektroner vilket innebär a9 atomen som helhet är oladdad (lika många posi4va som nega4va laddningar). En kloratoms uppbyggnad
Bilden visar en kloratom: -­‐  17 posi4vt laddade protoner (ej utritade) -­‐  18 neutroner (ej utritade) 17+ -­‐  17 nega4vt laddade elektroner Cl Atomens
Partikel
Elektron Proton Neutron byggstenar
(elementarpartiklar)
i atomen
Laddning
Läge
Massa (u)
Nega4v Utanför atomkärnan 0,00055 laddning (-­‐) Posi4v I a tomkärnan 1 laddning (+)
Ingen I a tomkärnan 1 laddning Maximalt antal elektroner i varje skal
Skal Maximalt antal elektroner Skal 1: K-­‐skalet 2 Skal 2: L-­‐skalet 8 Skal 3: M-­‐skalet 18 Skal 4: N-­‐skalet 32 Skal 5: O-­‐skalet 50 Skal 6: P-­‐skalet 72 Skal 7: Q-­‐skalet 98 17+ Cl Antalet elektroner som maximalt kan finnas i e9 skal kan beräknas med denna enkla formel (där n är skalets nummer): Obs. 8 elektroner i det yLersta skalet räknas som eL fullt yLre skal även om det teore4skt får plats fler i vissa skal. De flesta atomer eZersträvar därför endast 8 elektroner längst ut (8 valenselektroner). Elektronerna i de olika skalen har olika
mycket energi
ü  Elektronerna i K-­‐skalet har lägst energi. ü  Valenselektronerna har mest energi. ü  Ju längre bort från kärnan man kommer desto mer energi har elektronerna. Skal Elektronernas energi Skal 1: K-­‐skalet Lägst energi Skal 2: L-­‐skalet Mer energi än K-­‐
skalet Skal 3: M-­‐skalet Mer energi än 4digare skal Skal 4: N-­‐skalet Mer energi än 4digare skal Skal 5: O-­‐skalet Mer energi än 4digare skal Skal 6: P-­‐skalet Mer energi än 4digare skal Skal 7: Q-­‐skalet Högst energi Varför har elektronerna som är nära
kärnan mindre energi?
ü  Elektronerna nära kärnan aLraheras kraCigt 4ll kärnans posi4va laddningar (protonerna). ü  Elektronerna närmast kärnan har därför mindre energi (rörelse) än elektronerna som befinner sig längre ut. Faktorer som påverkar
valenselektronernas energinivå
ü  Avståndet 5ll kärnan (antalet skal): Ju närmare kärnan desto lägre energi har valenselektronerna. ü  Kärnladdningen (antalet protoner): Ju större kärnladdning, desto kraZigare a9raherar kärnan valenselektronerna och då får de mindre energi. Elektronkonfiguration
ü  Elektronkonfigura5onen anger hur elektronerna är arrangerade i en atom (hur många elektroner som finns i varje skal). ü  Elektronkonfigura5onen för klor: K: 2 L: 8 M: 7 ü  Elektronerna fylls på inifrån och ut eZersom elektronerna dras in mot atomkärnan av de posi4va protonerna. 17+ Cl ü  K-­‐skalet fylls först med elektroner, sedan fylls L-­‐skalet, osv. ü  När elektronerna är så nära atomkärnan som möjligt innebär det a9 atomen får e9 så lågt energi4llstånd som möjligt. Det ger en stabilare atom. Elektronkonfigurationen för olika
grundämnen
Atom-­‐
Grund-­‐
nummer: ämne: Kemiskt K-­‐skalet: L-­‐skalet: M-­‐skalet: N-­‐skalet: O-­‐skalet: tecken: 1 Väte H 1 2 Helium He 2 3 Li4um Li 2 1 4 Beryllium Be 2 2 10 Neon Ne 2 8 11 Natrium Na 2 8 1 19 Kalium K 2 8 8 1 20 Kalcium Ca 2 8 8 2 ü  Atomnumret: Antalet protoner i atomkärnan (indirekt avslöjar det även antalet elektroner som befinner sig runt atomkärnan) Valenselektroner
ü  De elektroner som siLer i det yLersta skalet kallas för valenselektroner. ü  Li5umatomen 5ll höger har endast 1 valenselektron. ü  Valenselektronerna är de vik5gaste elektronerna eZersom det är dessa som avges eller tas upp i samband med kemiska reak4oner. ü  Valenselektronerna siLer längst ifrån atomkärnan. Valenselektronerna si9er därför lösast och kan lä9ast lossna från atomen. +
+
+
Li Ädelgasstruktur (oktettregeln)
ü  8 valenselektroner kallas för ädelgasstruktur (okteLregeln) eZersom ädelgaserna har 8 valenselektroner (undantaget helium som endast har 2 valenselektroner p.g.a. endast e9 skal). ü  Ädelgaserna är väldigt stabila och reagerar i stort sä9 aldrig med andra ämnen. 8 valenselektroner är e9 väldigt stabilt 4llstånd eZersom det y9re skalet är ”fullt”. ü  Alla andra grundämnen (atomer) vill eCerlikna ädelgaserna och försöker därför få 8 valenselektroner (väte eZersträvar dock 2 valenselektroner p.g.a. enbart 1 skal. Ädelgasen ”Neon” 10+ Ne Ädelgasernas elektronkonfiguration
Elektronkonfigura5on
He: 2
Valenselektroner 2 Ne: 2, 8 8 Ar: 2, 8, 8
8 Kr: 2, 8, 18, 8 8 Varför inte fler än 8 valenselektroner?
ü  För aL förstå deLa är det vik5gt aL känna 5ll a9 varje huvudskal (K, L, M, N etc.) består av e9 antal s.k. ”underskal”. ü  De elektroner som siLer i det yLersta huvudskalet (valenselektronerna) är rela4vt löst (a9raheras inte av långt ifrån atomkärnan och si9er därför atomkärnan i så hög grad). ü  Fler än 8 valenselektroner fungerar inte så bra eCersom de extra valenselektronerna skulle hamna i underskal som ligger ännu längre ut från atomkärnan. valenselektroner som si9er löst och ü  Vi får då en väldigt energirik atom med som kommer lossna på en gång. Ädelgasstruktur kan
uppnås på tre
olika sätt
ü  Avge alla valenselektroner: Avge alla valenselektroner så a9 det Då kommer nästa skal y9re skalet töms på valenselektroner. Atomen har då 8 överta rollen som det y9ersta skalet. valenselektroner i det skalet! ü  Ta upp valenselektroner: Ta upp v alenselektroner från en annan atom så a9 det y9re skalet fylls med totalt 8 valenselektroner. ü  Dela på valenselektroner: Dela på valenselektroner med en eller 8 valenselektroner. flera andra atomer så a9 alla får totalt Ädelgasstruktur kan uppnås genom att atomer
avger och tar upp valenselektroner av varandra
Cl är bra på aL aLrahera elektroner (hög elektronega4vitet) och ”stjäl” natriums valenselektron Natrium har en valenselektron… …och klor har 7 valenselektroner. + -­‐ 11+ 17+ När det sker får båda ämnena ädelgasstruktur! Natriumatomen blir då posi5vt laddad (posi4v jon) medan kloratomen blir nega4vt laddad (nega4v jon). Na Cl Båda atomerna är mycket stabilare nu (låg energi) och reagerar inte särskilt lä9 med andra ämnen. Anledningen är a9 det y9re skalet är fullt hos båda atomerna. Elektronformler
ü  När man studerar hur grundämnen reagerar och binds 4ll varandra är man bara intresserad av valenselektronerna. Då är s.k. elektronformler (där enbart valenselektronerna ritas ut) 4ll stor hjälp. Bildkälla: "Water-­‐2D-­‐flat". Licensed under Public domain via Wikimedia Commons -­‐ h9p://
commons.wikimedia.org/wiki/File:Water-­‐2D-­‐
flat.png#mediaviewer/File:Water-­‐2D-­‐flat.png Se gärna fler filmer av Niklas Dahrén: hLp://www.youtube.com/Kemilek5oner hLp://www.youtube.com/Medicinlek5oner