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. + + + Neutronernas uppgic är a9 avskärma protonerna från varandra så a9 de inte stöter bort varandra. Bilden visar en li5umatom: - 3 posi4vt laddade protoner - 4 oladdade neutroner - 3 nega4vt laddade elektroner Li 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 nega4vt laddade elektroner 17+ Cl
Atomens byggstenar (elementarpartiklar) Partikel Laddning Läge i atomen Massa (u) Elektron Proton Neutron Nega4v laddning (- ) Posi4v laddning (+) Ingen laddning Utanför atomkärnan 0,00055 I atomkärnan 1 I atomkärnan 1
Maximalt antal elektroner i varje skal Skal 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 Maximalt antal elektroner 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 Skal 1: K- skalet Skal 2: L- skalet Skal 3: M- skalet Skal 4: N- skalet Skal 5: O- skalet Skal 6: P- skalet Skal 7: Q- skalet Elektronernas energi Lägst energi Mer energi än K- skalet Mer energi än 4digare skal Mer energi än 4digare skal Mer energi än 4digare skal Mer energi än 4digare skal 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 17+ Cl ü Elektronerna fylls på inifrån och ut ezersom elektronerna dras in mot atomkärnan av de posi4va protonerna. 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- nummer: Grund- ämne: Kemiskt tecken: 1 Väte H 1 2 Helium He 2 3 Li4um Li 2 1 4 Beryllium Be 2 2 10 Neon Ne 2 8 K- skalet: L- skalet: M- skalet: 11 Natrium Na 2 8 1 19 Kalium K 2 8 8 1 20 Kalcium Ca 2 8 8 2 N- skalet: O- skalet: 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 Valenselektroner He: 2 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 långt ifrån atomkärnan och si9er därför rela4vt löst (a9raheras inte av 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. ü Vi får då en väldigt energirik atom med valenselektroner som si9er löst och som kommer lossna på en gång.
Ädelgasstruktur kan uppnås på tre olika sätt ü Avge alla valenselektroner: Avge alla valenselektroner så a9 det y9re skalet töms på valenselektroner. Då kommer nästa skal överta rollen som det y9ersta skalet. Atomen har då 8 valenselektroner i det skalet! ü Ta upp valenselektroner: Ta upp valenselektroner från en annan atom så a9 det y9re skalet fylls med totalt 8 valenselektroner. ü Dela på valenselektroner: Dela på valenselektroner med en eller flera andra atomer så a9 alla får totalt 8 valenselektroner.
Ädelgasstruktur kan uppnås genom att atomer avger och tar upp valenselektroner av varandra Natrium har en valenselektron och klor har 7 valenselektroner. Cl är bra på al alrahera elektroner (hög elektronega4vitet) och stjäl natriums valenselektron + - 11+ 17+ När det sker får båda ämnena ädelgasstruktur! Na Cl Natriumatomen blir då posi5vt laddad (posi4v jon) medan kloratomen blir nega4vt laddad (nega4v jon). 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