Anar al contingut

Capa electrònica

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Capa electrònica
Taula periòdica en les capes electròniques (en anglés).
Estructura del Vanadi, per eixemple.

Una capa electrònica,[1] capa d'electrons o coberta d'electrons designa a la distribució d'un orbital entorn del núcleu d'un àtom. Cada capa pot contindre un cert número màxim d'electrons i està associada en un particular ranc d'energia en funció de la seua distància al núcleu. En un àtom estable, per a que una certa capa puga contindre o donar electrons, és necessari que totes les anteriors a ella estiguen completament ocupades. Els electrons en la capa electrònica més externa, cridada capa de valència i que és l'única que pot trobar-se parcialment buida, determinen les propietats químiques del element químic.[2]

Cada capa pot contindre solament un número fix d'electrons: la primera capa pot contindre fins a dos electrons, la segona capa pot contindre fins a huit (2 + 6) electrons, la tercera capa pot contindre fins a 18 (2 + 6 + 10) i aixina. La fòrmula general és que la capa n pot, en principi, contindre fins a 2 (n2) electrons.[3] Per a obtindre una explicació de per qué existixen electrons en estes capes, consulte configuració electrònica.[4]

Cada capa consta d'una o més subcapas, i cada subcapa consta d'un o més orbitales atòmics.

Història

[editar | editar còdic]

En 1913, Bohr va propondre un model de l'àtom en el que s'indicava la disposició dels electrons en les seues òrbites seqüencials. En eixe moment, Bohr va permetre que la capacitat de l'òrbita interior de l'àtom aumentara fins a huit electrons a mida que els àtoms es feyen més grans, i "en l'esquema que es dona a continuació el número d'electrons d'este anell [exterior] es posa arbitrariamente igual a la valència normal de l'element corresponent". Utilisant estes i atres restriccions, va propondre configuracions que concorden en les que ara només es coneixen per als sis primers elements (Hidrogen, Heli, Liti, Berili, Bor i Carbono). "De lo anterior nos du al següent esquema possible per a la disposició dels electrons en els àtoms llaugers:"[5][6]


L'existència de capes d'electrons va ser observada per primera volta en el raig X de Charles Barkla i Henry Moseley. Barkla les va cridar en les lletres K, L, M, N, O, P, i Q.[7] L'orige d'esta terminologia va ser alfabètic. Una capa J va ser sospitada, pero atres experiments varen indicar que les llínees d'absorció de K eren produïdes per la primera capa d'electrons.

El nom de les capes d'electrons es deriva del model de Bohr, en el qual es creïa que els conjunts d'electrons orbitaban el núcleu a certes distàncies, aixina que les seues òrbites formaven capes al voltant dels núcleus.

El fisicoquímico Gilbert Lewis va ser el responsable del desenroll primerenc de la teoria de la participació dels electrons de la capa de valència en els enllaços químics. Linus Pauling despuix va generalisar i va expandir la teoria en aplicar nocions de la mecànica estructural.

Configuracions propostes per Bohr en 1913
Element Electrons per capa Element Electrons per capa Element Electrons per capa
Hidrogen 1 Flúor 4, 4, 1 Clor 8, 4, 4, 1
Heli 2 Neó 8, 2 Argón 8, 8, 2
Liti 2, 1 Sodi 8, 2, 1 Potassi 8, 8, 2, 1
Berili 2, 2 Magnesi 8, 2, 2 Calcio 8, 8, 2, 2
Bor 2, 3 Alumini 8, 2, 3 Escandio 8, 8, 2, 3
Carbono 2, 4 Silio 8, 2, 4 Titani 8, 8, 2, 4
Nitrogen 4, 3 Fòsfor 8, 4, 3 Vanadi 8, 8, 4, 3
Oxigen 4, 2, 2 Sofre 8, 4, 2, 2 Cromo 8, 8, 4, 2, 2

La terminologia de clafoll o capa prové de la modificació d'Arnold Sommerfeld del model de Bohr de 1913. Durant este periodo Bohr estava treballant en Walther Kossel, cuales artículs del 1914 i 1916 cridaven a les òrbites "clafolls".[8][9] Sommerfeld va conservar el model planetari de Bohr, pero va afegir òrbites llaugerament elíptiques (caracterisades per números quàntics adicionals l i m) per a explicar la fina estructura espectroscópica d'alguns elements químics.[10] Els múltiples electrons en el mateix número quàntic principal (n) tenien òrbites propenques que formaven una "clafoll" de gruixa positiva en lloc de l'òrbita circular del model de Bohr les òrbites cridades del qual "anells" estaven descrites per un pla.[11]


L'existència de clafolls d'electrons es va observar experimentalment per primera volta en els estudis d'absorció de rajos X de Charles Barkla i Henry Moseley. El treball de Moseley no es referia directament a l'estudi dels clafolls d'electrons, perque estava tractant de demostrar que la taula periòdica no estava ordenada per pes, sino per la càrrega dels protones en el núcleu.[12] No obstant, ya que el número d'electrons en un àtom eléctricamente neutre és igual al número de protones, este treball va ser extremadament important para Niels Bohr, qui va mencionar el treball de Moseley vàries voltes en la seua entrevista de 1962.[13] Moseley formava part del grup de Rutherford, de la mateixa manera que Niels Bohr. Moseley va medir les freqüències dels rajos X emesos per cada element entre el Calcio i el Zinc i va descobrir que les freqüències eren majors a mida que els elements es feyen més pesats. Açò va conduir a la teoria de que els electrons emetien rajos X quan es desplaçaven a capes inferiors.[14] Açò va dur a la conclusió de que els electrons estaven en les envoltura de Kossel en un llímit definit per envoltura, etiquetant les envoltura en les lletres K, L, M, N, O, P i Q.[6][15] L'orige d'esta terminologia va ser alfabètic. Barkla, que treballava independentment de Moseley com experimentalista d'espectrometria de rajos X, va observar per primera volta en l'any 1909 dos tipos distints de dispersió en disparar rajos X a elements i els va denominar "A" i "B". Barkla va descriure estos dos tipos de difracció de rajos X: el primer era alié al tipo de material utilisat en l'experiment i podia polarisar-se. El segon fes de difracció ho va denominar "fluorescent" perque depenia del material irradiado.[16] En aquell moment no se sabia qué significaven estes llínees, pero en 1911 Barkla va decidir que podria haver llínees de dispersió anteriors a la "A", aixina que va escomençar per la "K".[17] No obstant, experiments posteriors varen indicar que les llínees d'absorció K són produïdes pels electrons més interns. Més vesprada es va descobrir que estes lletres corresponien als valors de n 1, 2, 3, etc. que es varen utilisar en el model de Bohr. S'utilisen en la notació de Siegbahn espectroscópica.


El treball d'assignar electrons a closques va ser continuat de 1913 a 1925 per molts químics i uns pocs físics. Niels Bohr va ser un dels pocs físics que varen seguir el treball dels químics[18] de definir la taula periòdica, mentres que Arnold Sommerfeld va treballar més en intentar fer un model de treball relativiste de l'àtom que explicara l'estructura fina dels espectres des del punt de vista de la física orbital clàssica a través de l'enfocament Atombau.[6] Einstein i Rutherford, que no seguien la química, desconeixien als químics que estaven desenrollant teories de la corfa electrònica de la taula periòdica des del punt de vista de la química, com Irving Langmuir, Charles Bury, J. J. Thomson, i Gilbert Lewis, que varen introduir correccions al model de Bohr com un màxim de dos electrons en la primera capa, huit en la següent i aixina successivament, i varen ser responsables d'explicar la valència en les capes externes d'electrons, i la construcció d'àtoms afegint electrons a les capes externes.[19][6] Aixina que quan Bohr va esbossar la seua teoria atòmica de les capes d'electrons en 1922, no hi havia cap fòrmula matemàtica per a la teoria. Aixina que Rutherford va dir que li resultava difícil "formar-se una idea de cóm aplega a les seues conclusions".[20][21] Einstein va dir de l'artícul de Bohr de 1922 que els seus "clafolls electrònics dels àtoms junt en el seu significat per a la química em varen semblar un milacre, i em semblen un milacre inclús hui en dia".[22] Arnold Sommerfeld, que havia seguit l'estructura Atombau dels electrons en lloc de Bohr, que estava familiarizado en els punts de vista dels químics sobre l'estructura dels electrons, va parlar de la conferència de Bohr de 1921 i de l'artícul de 1922 sobre el model del clafoll com "el major alvanç en l'estructura atòmica des de 1913".[6][23][20] No obstant, el desenroll de la capa d'electrons de Niels Bohr era bàsicament la mateixa teoria que la del químic Charles Rugeley Bury en el seu artícul de 1921.[24][6][25]


Mentres se seguia treballant en l'estructura del clafoll de l'electró del Model Sommerfeld-Bohr, Sommerfeld havia introduït tres "números quàntics n, k i m, que descrivien el tamany de l'òrbita, la forma de l'òrbita i la direcció en la que apuntava l'òrbita"[26] Com usem k per a la constant de Boltzmann, el número quàntic assimutal es va canviar a ℓ. Quan es va propondre la teoria mecànica quàntica moderna basada en la mecànica matricial de Heisenberg i l'equació d'ona de Schrödinger, estos números quàntics es varen mantindre en la teoria quàntica actual pero es varen canviar a n sent el número quàntic principal, i m sent el número quàntic magnètic.

No obstant, la forma final del model de clafoll d'electrons que encara s'usa hui en dia per al número d'electrons en els clafolls va ser descoberta en 1923 per Edmund Stoner, que va introduir el principi de que el clafoll n estava descrita per 2(n2). Vore açò en 1925, Wolfgang Pauli va afegir un quart número quàntic, "spin", durant el periodo de la teoria quàntica antiga de l'àtom del sistema solar Sommerfeld-Bohr per a completar la teoria moderna del clafoll de l'electró.[6]

Simbologia

[editar | editar còdic]

Les capes electròniques són numerades correlativament, partint de la més propenca al núcleu, i s'identifiquen per mig de lletres:

  • Capa K, n = 1, és la més interior, present en tots els elements químics.
  • Capa L, n = 2
  • Capa M, n = 3
  • Capa N, n = 4
  • Capa O, n = 5


Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ Macy, Rudolph (1 de giner de 1976). Química orgànica simplificada (en és), Reverte. ISBN 9788429173314.
  2. ↑ Society, American Chemical (2005). Química, un proyecte de la A.C.S. (en és), Reverte. ISBN 9788429170016.
  3. ↑ Re: Why do electron shells have set limits ? madsci.org, 17 March 1999, Donen Berger, Faculty Chemistry/Science, Bluffton College
  4. ↑ Electron Subshells. Corrosion Source.
  5. ↑ “Sobre la constitució d'àtoms i molècules, Part II. Sistemes que contenen un sol núcleu” . Philosophical Magazine 26.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 Kragh, Helge. "La segona teoria atòmica de Niels Bohr". Historical Studies in the Physical Sciences, vol. 10, University of Califòrnia Press, 1979, pp. 123-86, https://doi.org/10.2307/27757389.
  7. ↑ Macy, Rudolph (1976). Química orgànica simplificada (en és), Reverte. ISBN 9788429173314.
  8. ↑ W. Kossel, "Über Molekülbildung als Folge dones Atombaues", Ann. Phys., 1916, 49, 229-362 (237).
  9. ↑ Traduït en Helge Kragh, Aarhus, LARS VEGARD, ATOMIC STRUCTURE, AND THE PERIODIC SYSTEM, Bull. Hist. Chem., VOLUME 37, Number 1 (2012), p.43.
  10. ↑ Donald Sadoway, Introduction to Solid State Chemistry, Lecture 5 [1] archivat en Wayback Machine.
  11. ↑ Bohr, Niels (1913). On the Constitution of Atoms and Molecules, Part I. _Philosophical Magazine_ 26:1--25.
  12. ↑ Uhler, Horace Scudder. "Sobre la llei de Moseley per als espectres de rajos X". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 3, nº 2, National Academy of Sciences, 1917, pp. 88-90, http://www.jstor.org/stable/83748.
  13. ↑ Entrevista a Niels Bohr 1962 Sessió III https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4517-3
  14. ↑ Kumar, Manjit. Quàntum: Einstein, Bohr i el gran debat sobre la naturalea de la realitat / Manjit Kumar.-1ª ed. americana, 2008. Chap.4.
  15. ↑ “XXXIX. Els espectres de les radiacions fluorescents de Röntgen” (1911). Philosophical Magazine 22 (129): 396-412. doi:10.1080/14786440908637137. “Anteriorment denotades per les lletres B i A (...). Les lletres K i L són, no obstant, preferibles, ya que és molt provable que existixquen séries de radiacions tant més absorbibles com més penetrants.”
  16. ↑ Michael Eckert, Disputed discovery: the beginnings of X-ray diffraction in crystals in 1912 and its repercussions, giner de 2011, Acta crystallographica. Section A, Foundations of crystallography 68(1):30-39 Este artícul del centenari de Laue també s'ha publicat en Zeitschrift für Kristallographie [Eckert (2012). Z. Kristallogr. 227 , 27-35].
  17. ↑ Charles G. Barkla M.A. D.Sc. (1911) XXXIX. The spectra of the fluorescent Röntgen radiations, The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 22:129, 396-412, DOI: 10.1080/14786440908637137
  18. ↑ T.Hirosigey S.Nisio, "Formation of Bohr's Theory of Atomic Constitution",Jap. Stud.Hist.Set, Nº 3(1964),6-28.
  19. ↑ Vore la Taula periòdica per a una història completa.
  20. ↑ 20,0 20,1 Niels Bohr Collected Works, Vol. 4, p. 740. Postal d'Arnold Sommerfeld a Bohr, 7 de març de 1921.
  21. ↑ Pais, Abraham (1991), Niels Bohr's Claves, in Physics, Philosophy, and Polity (Oxford: Clarendon Press), citat p. 205.
  22. ↑ Schilpp, Paul A. (ed.) (1969), Albert Einstein: Philosopher-Scientist (Nova York: MJF Books). Colecció publicada per primera volta en 1949 com a Vol. VII de la série The Library of Living Philosophers per Open Court, La Salle, IL, Einstein, Albert 'Autobiographical Notes', pp.45-47. .
  23. ↑ Kumar, Manjit. Quàntum: Einstein, Bohr i el gran debat sobre la naturalea de la realitat / Manjit Kumar.-1ª ed. americana, 2008. Chap.7.
  24. ↑ Bury, Charles R. (juliol de 1921). "Teoria de Langmuir sobre la disposició dels electrons en àtoms i molècules". Revista de la Societat Química Americana. 43 (7): 1602–1609. doi:10.1021/ja01440a023. ISSN 0002-7863.
  25. ↑ The Genesis of the Bohr Atom, John L. Heilbron i Thomas S. Kuhn, Historical Studies in the Physical Sciences, Vol. 1 (1969), pp. vaig vore, 211-290 (81 pàgines), University of Califòrnia Press,p. 285-286.
  26. ↑ Kumar, Manjit. Quàntum: Einstein, Bohr i el gran debat sobre la naturalea de la realitat / Manjit Kumar.-1ª ed. americana, 2008. Cap.5.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Capa_electrònica&oldid=817456»