Međutim, Bohrov model atoma je model koji koristimo isključivo jer je metodički privlačan. Kada shvatite kako se elektroni raspoređuju o ovom modelu, shvatite mnoge druge stvari u hemiji: valenciju, hemijske veze, osobine inertnih plinova. Ovaj model je naročito zgodan kada treba shematski prikazati kovalentnu vezu. Međutim, to ne znači da bismo trebali ostati na saznanju kako je ovaj model potpuno ispravan i neupitan. Naprotiv, sada trebamo učiniti korak više i razumjeti model elektronskog oblaka, o kojem sam već govorila kada sam pisala o građi atoma.
Veze atoma hidrogena i oksigena u molekuli vode, shematski prikaz preko Bohrovog modela atoma
Naime, dok u Borovom modelu elektroni kruže po nekim orbitama, prilično analogno planetama koje kruže oko Sunca, u modelu elektronskog oblaka elektroni titraju oko jezgra velikom brzinom – oko 99% brzine svjetlosti. Zapravo, elektroni se ponašaju ujedino i kao čestice i kao valovi. Na nekim mjestima oblak elektrona je gušći, a na nekim rjeđi. Tamo gdje ima više elektrona, oblak će biti gušći. Ovdje su nam sad zanimljiva dva principa iz fizike (stalno napominjem da nije moguće razumjeti hemiju bez fizike) – Heisenbergov princip neodređenosti i Paulijev princip isključenja. Heisenbergov princip, nazvan prema njemačkom fizičaru Werneru Heisenbergu, prvi put je spomenut, ako se ne varam, 1927. godine. On kaže da što preciznije odredimo brzinu neke čestice (pa i elektrona) to manje znamo koja je pozicija čestice. Dakle, generalno, što preciznije odredimo jednu od komplementarnih varijabli, to nam je ona druga neodređenija. Ako smo odredili da je brzina elektrona 99.99% brzine svjetlosti, to znači da bi elektron kojem pokušavamo odrediti poziciju promijenio tu poziciju u nanosekundi i bio već na drugom mjestu. Zapravo, mi ne možemo govoriti o tome da možemo odrediti mjesto elektrona oko nukleusa, nego samo možemo govoriti o vjerovatnoći nalaženja elektrona u nekom regionu oko nukleusa. Elektroni su talasolike strukture i njihovo ponašanje predviđaju (odnosno ne predviđaju 😎) zakonitosti kvantne fizike.
Prije nego što kažem nešto u Paulijevom principu, koji također spada u domen kvantne fizike, nešto ću reći o tzv. aufbau principu (njem. “izgradnja”, “građenje”) koji objašnava način popunjavanja elektronskih nivoa: ovaj princip kaže da elektroni prvo popunjavaju onaj nivo koji ima najmanju energiju. Dakle, prvo se popunjavaju mjesta u K – ljusci, kao u atomima hidrogena i helijuma. Kada nestane tih mjesta, onda elektroni idu na iduće mjesto sa najmanjom energijom. Zapravo, elektroni pokušavaju zauzeti najstabilnije stanje. Pogledajte sliku stijene ispod:
Ovakve formacije su rijetke u prirodi iz prostog razloga što su nestabilne. Tako je i sa elektronima. Međutim po čemu se smještaju ti elektroni? Unutar “elektronskih ljuski” ili, kako ja više volim reći “energetskih nivoa”, postoje “podnivoi”, tzv. orbitale. Orbitale su zapravo matematičke funkcije koje opisuju ponašanje nekog elektrona i vjerovatnoću nalaženja nekog elektrona oko nukleusa. Te funkcije možemo iskoristiti za izračunavanje vjerovatnoće pronalaženja elektrona u nekom regionu oko nukleusa atoma.
Kada govorimo o orbitalama, govorimo od s, p, d i f orbitalama. Orbitale su način kvantnog opisivanja elektrona – to su azimutski kvantni brojevi (l) 0,1,2 i 3. Dakle, azimutski kvantni broj s-orbitale je nula, a u nju mogu stati maksimalno dva elektrona, p-orbitali odgovara azimutski kvantni broj 1 i u nju može stati maksimalno 6 elektrona, d-orbitali odgovara azumutski kvantni broj 2 i u nju može stati maksimalno 10 elektrona, a f-orbitali odgovara 3 i u nju može stati maksimalno 14 elektrona. Recimo ako imamo orbitalu 3d, to znači da glavni kvantni broj te orbitale 3 ( to je onaj treći energetski nivo, tj. elektronska ljuska, n=3, tj. M), a azimutski kvantni broj l=2.
Sada obratimo pažnju na 1s2 orbitalu jer je na njoj najlakše objasniti Paulijev princip. Osim već rečena 2 kvantna broja (glavnog i azimutskog), elektroni imaju i spin, angularni moment. Eh, sad je malo poteško objasniti šta je to spin. Ako bi elektroni zaista bili kugle, tačkasta tijela (a zapravo su više valne funkcije) onda zamislite da zavrite te kugle. Imate dvije mogućnosti – da ih zavrtite u smjeru kazaljke na satu i u suprotnom smjeru. Elektroni spadaju u veliku porodicu subatomskih čestica koje se povinuju Fermi-Diracovoj (Fermi-Dirakovoj, prema naučnicima Enricu Fermiju i Paulu Diracu) statistici, pa su tako nazvane fermioni. U fermione spadaju još i kvarkovi, muoni, neutrina te kompozitne čestice koje imaju neparan broj fermiona, recimo, jezgre atoma koje imaju 3 kvarka. Zajedničko za sve ove čestice – fermione, jeste to da imaju polovičan spin. Spin je intrinzička karakteristika subatomskih česica, nerazdojiv je od čestice – čestica nije čestica ako nema svoj spin.
Spin elektrona može biti 1/2 i -1/2:
Sad na red dolazi Paulijev princip koji kaže da da se dva fermiona ne mogu nalaziti u istom kvantnom stanju (imati isti kvantni broj) istovremeno. S obzirom da u najjednostavniju orbitalu, s-orbitalu, mogu stati maksimalno 2 elektrona, to znači da će jedan elektron u ovoj orbitali imati spin 1/2, a drugi -1/2. Shematski, ta orbitala, ukoliko je popunjena bila bi prikazana ovako, u ovoj “kućici” sa strelicama različitog smjera:
Kada popunjavamo više orbitala, moramo paziti na Hundovo pravilo – elektroni popunjavaju orbitale tako da svaka orbitala sadrži po jedan elektron istog spina. Ovdje je prikazano kako izgledaju dijagrami pavilnog i nepravilnog popunjavanja:
Zatim, potrebno je znati slijed popunjavanja elektrona. Za to nam služe dijagrami koje treba zapamtiti, a meni je lično drag ovaj:
Recimo, elektronska konfiguracija po orbitalama kriptona će biti: 1s22s22p63s23p63d104s24p6 kalcijuma: 1s22s22p63s23p64s2 zlata:1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p64f145d106s1
Možemo pisati i skraćeno – napisati simbol prvog inertnog plina prije elementa čiju konfiguraciju pišemo i dopisati dio koji nedostaje. Recimo, gore spomenuta konfiguracija atoma zlata se može napisati i kao:
[Xe] 4f145d106s1
jer je konfiguracija ksenona (Xe):1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p
Naslovna slika ovog teksta predstavlja izgled pojedinih orbitala, od jednostavnijih ka kompleksnijim.
Jelena Kalinić, diplomirani biolog, MA komparativne književnosti naučna
i zdravstvena novinarka, novinarka i naučni komunikator, posjeduje WHO infodemic manager certifikat i Health metrics Study design & Evidence based medicine trening. Dobitnica EurekaAlert (AAAS) Felowship 2020. za naučne novinare. Short -runner, drugo mjesto u izboru za European Science journalist of the year za 2022. godinu. Internews Health Journalism Ambassador za 2022.
Da bismo pružili najbolje iskustvo, koristimo tehnologije poput kolačića za čuvanje i/ili pristup informacijama o uređaju. Saglasnost sa ovim tehnologijama će nam omogućiti da obrađujemo podatke kao što su ponašanje pri pregledanju ili jedinstveni ID-ovi na ovoj veb lokaciji. Nepristanak ili povlačenje saglasnosti može negativno uticati na određene karakteristike i funkcije.
Funkcionalno
Uvijek aktivan
Tehničko skladištenje ili pristup je striktno neophodan za legitimnu svrhu omogućavanja korišćenja određene usluge koju izričito zahteva pretplatnik ili korisnik, ili u jedinu svrhu obavljanja prenosa komunikacije preko elektronske komunikacione mreže.
Preferences
The technical storage or access is necessary for the legitimate purpose of storing preferences that are not requested by the subscriber or user.
Statistika
Tehničko skladište ili pristup koji se koristi isključivo u statističke svrhe.The technical storage or access that is used exclusively for anonymous statistical purposes. Without a subpoena, voluntary compliance on the part of your Internet Service Provider, or additional records from a third party, information stored or retrieved for this purpose alone cannot usually be used to identify you.
Marketing
Tehničko skladište ili pristup su potrebni za kreiranje korisničkih profila za slanje reklama ili za praćenje korisnika na veb lokaciji ili na nekoliko veb lokacija u slične marketinške svrhe.
Da bismo pružili najbolje iskustvo, koristimo tehnologije poput kolačića za čuvanje i/ili pristup informacijama o uređaju. Saglasnost sa ovim tehnologijama će nam omogućiti da obrađujemo podatke kao što su ponašanje pri pregledanju ili jedinstveni ID-ovi na ovoj veb lokaciji. Nepristanak ili povlačenje saglasnosti može negativno uticati na određene karakteristike i funkcije.
Funkcionalno
Uvijek aktivan
Tehničko skladištenje ili pristup je striktno neophodan za legitimnu svrhu omogućavanja korišćenja određene usluge koju izričito zahteva pretplatnik ili korisnik, ili u jedinu svrhu obavljanja prenosa komunikacije preko elektronske komunikacione mreže.
Preferences
The technical storage or access is necessary for the legitimate purpose of storing preferences that are not requested by the subscriber or user.
Statistika
Tehničko skladište ili pristup koji se koristi isključivo u statističke svrhe.The technical storage or access that is used exclusively for anonymous statistical purposes. Without a subpoena, voluntary compliance on the part of your Internet Service Provider, or additional records from a third party, information stored or retrieved for this purpose alone cannot usually be used to identify you.
Marketing
Tehničko skladište ili pristup su potrebni za kreiranje korisničkih profila za slanje reklama ili za praćenje korisnika na veb lokaciji ili na nekoliko veb lokacija u slične marketinške svrhe.
