Elektron

Enerji seviyeleri birkaç faktöre bağlıdır: Yörünge numarası (baş kuantum sayısı). Potansiyel enerji. Elektronun emdiği enerji. Isı.

Bir maddenin son katman grup numarasını bulmak için, elementin elektron dizilimine bakmak gerekir. Katman sayısı, elementin periyot numarasını gösterir. Son katmandaki elektron sayısı, elementin hangi grupta olduğunu belirler. Örneğin, elektron dizilimi olan oksijen (O) elementinde, en dış katmanda 2s² ve 2p⁴ olmak üzere toplam 6 elektron vardır. Aynı grupta bulunan elementlerin kimyasal özellikleri genellikle benzerdir. Hidrojen (H) elementi, ametal olmasına rağmen 1A grubunda, helyum (He) ise son yörüngesinde 2 elektron bulundurmasına rağmen 8A grubunda yer alır.

Elektronların küre şeklinde olmasının nedeni, modern fizikte kuantum fiziği teorileriyle açıklanır. Sicim teorisine göre, elektronlar 9-10 boyutlu uzayda titreşen tek boyutlu enerji sicimleri olarak tanımlanır ve bu, elektronun küre şeklinde değil, yün yumağı gibi olmasını gerektirir. Standart modele göre, elektronun küresel olması gerektiği belirtilmiştir ve bu, CERN parçacık hızlandırıcısı gibi birçok deneyde doğrulanmıştır. Ancak, klasik fiziğe göre elektronun herhangi bir iç yapısı olmadığından, şekil tanımlaması yapılamaz.

Elektronların 3p'den önce 4s'ye yerleşmesinin nedeni, 4s orbitalinin enerjisinin 3p orbitalinin enerjisinden daha düşük olmasıdır. Elektronlar, Aufbau ilkesine göre en düşük enerjili orbitalden başlayarak daha yüksek enerjili orbitallere doğru sırasıyla yerleşir.

Elektron ilgisinin periyotta artmasının sebebi, soldan sağa doğru çekirdek yükünün artmasıdır. Aynı periyotta n sayısı değişmemekle beraber (yeni elektronlar hep aynı tabakaya girmektedir), atom numarası yani etkin çekirdek yükü artar. Örneğin, sodyum (Na) ile klor (Cl) arasındaki elektron ilgisi farkı burada açıklanabilir. Elektron ilgisinin artmasında rol oynayan diğer etkenler ise şunlardır: Atom yarıçapı. Elektron yapısı.

Proton sayısı aynı olan atomların kimyasal özelliklerinin aynı olmasının sebebi, aynı elemente ait olmalarıdır. Proton sayısı, bir elementin atom numarasını ve dolayısıyla kimliğini belirler. Ancak, nötron sayıları farklı olabilir. Bununla birlikte, nötron sayısının değişmesiyle kütle numarasının değişmesi nedeniyle izotoplar arasında fiziksel özelliklerde (örneğin, kütle farkından dolayı difüzyon hızları ve nükleer özellikler, örneğin, radyoaktiflik) küçük farklılıklar görülebilir.

Hidrojen elektron dizilimi, 1s1 şeklinde yapılır. Elektron dizilimi, atomdaki elektron sayısını ve her bir yörüngedeki elektron sayısını gösterecek şekilde yazılır.

Kimyada oktet kuralı, elementlerin bileşik oluştururken son orbitallerindeki (yörüngelerindeki) elektron sayılarını, soy gazlarınkine benzer şekilde sekize getirmesi kuralıdır. Bu kuralla ilişkilendirilen bir diğer kural olan dublet kuralı ise, helyumun sadece iki elektronu olduğu için, helyuma benzemek amacıyla elektron sayısını ikiye getirme kuralıdır. Helyum dışındaki soy gazların son yörüngesinde zaten 8 elektron bulunduğundan, atomlar kararlı hale gelmek için elektron verebilir, elektron alabilir veya ortaklaşa kullanabilir.

Redoks (indirgenme-yükseltgenme) tepkimelerinde elektron alışverişi şu şekilde gerçekleşir: Doğrudan temasla gerçekleşen redoks tepkimelerinde. Dolaylı yoldan gerçekleşen redoks tepkimelerinde. Redoks tepkimelerinin denkleştirilmesi için aşağıdaki adımlar izlenir: 1. Tepkimedeki atomların yükseltgenme basamakları belirlenir. 2. Alınan ve verilen elektron sayıları tespit edilir. 3. Alınan ve verilen toplam elektron sayıları uygun katsayılar kullanılarak denkleştirilir. 4. Bulunan katsayılar tepkime denklemi üzerinde gösterilir ve tepkimedeki elementlerin atom sayıları dikkate alınarak denklem eşitlenir.

Atomda elektron hareketi şu şekilde gerçekleşir: Belirli enerji seviyelerinde hareket: Elektronlar, atom çekirdeğinin etrafında belirli enerji seviyelerinde, yani kabuklarda hareket eder. Dans benzetmesi: Bu hareket, "elektronların dansı" olarak adlandırılır. Enerji alışverişi: Elektronlar, enerji seviyeleri arasında geçiş yapabilir, bu sırada enerji yayar veya soğurur. Çekirdek etrafında dönme: Elektronlar, çekirdek etrafında döner; bu dönüş, elektronun negatif, çekirdeğin ise pozitif yüklü olması nedeniyle oluşan çekim kuvveti sayesinde gerçekleşir. Sıfır nokta hareketi: Elektronlar, en düşük enerji seviyesinde bile sürekli hareket eder; bu hareket, kuantum etkisi olan "sıfır nokta hareketi" olarak adlandırılır. Elektronun hareketini durduracak bir kuvvet olmadığı sürece, elektron hareketini sürdürür.

İyonlar, atomların elektron kazanması veya kaybetmesi sonucu oluşan yüklü parçacıklardır. Katyonlar: Atomlar elektron kaybettiğinde oluşan pozitif yüklü iyonlardır. Anyonlar: Atomlar elektron kazandığında oluşan negatif yüklü iyonlardır. İyonlar, elektriksel iletkenlik ve kimyasal reaksiyonlarda önemli rol oynar. İyonların çalışma prensiplerinden biri de, yüksek yüklü iyonların katı malzemelere nüfuz ettiğinde eksik elektronları geri kazanarak elektriksel olarak nötr hale gelmesidir.

En fazla s, d, p, f bloklarının kaç olabileceği, periyodik tablodaki yerlerine ve elektron dizilimlerine bağlıdır: s bloğu: Her s orbitali en fazla 2 elektron alabilir. p bloğu: p orbitali en fazla 6 elektron alabilir (3 p orbitali × 2 elektron/orbital). d bloğu: d orbitali en fazla 10 elektron alabilir (5 d orbitali × 2 elektron/orbital). f bloğu: f orbitali en fazla 14 elektron alabilir (7 f orbitali × 2 elektron/orbital). Bu bilgilere göre, bir elementin taşıyabileceği maksimum s, d, p, f elektron sayıları sırasıyla 2, 10, 6 ve 14'tür.

Elektronlar, elektrik akımına karşı, akım yönünün tersine hareket eder. Elektrik akımının yönü, geleneksel olarak pozitif yüklerin hareket yönü olarak kabul edilir ve bu nedenle akım, pozitif kutuptan negatif kutba doğru akar.

Çift yarıklı deneyde elektron, hem dalga hem de parçacık gibi davranır. Dalga gibi davranış: Tek tek gönderildiklerinde bile ekranda girişim deseni oluşturur. Parçacık gibi davranış: Hangi yarıktan geçtiğini tespit etmeye çalışıldığında, iki ayrı çizgi oluşturur. Bu durum, kuantum mekaniğinde dalga-parçacık ikiliği olarak bilinir.

Bir atomun kütlesi, çekirdekte bulunan proton ve nötronlardan oluşur. Protonlar, pozitif yüklü taneciklerdir ve yaklaşık 1,6725 × 10⁻²⁷ kg kütleye sahiptir. Nötronlar, elektriksel yükü olmayan taneciklerdir ve yaklaşık 1,6748 × 10⁻²⁷ kg kütleye sahiptir. Atomun boyutu, çekirdeğin etrafındaki katmanlarda dönen elektronlardan oluşur.

Kararlı yapıya sahip atomlar, genellikle soygazlar veya asal elementler olarak bilinir ve periyodik cetvelin 8A grubunda yer alırlar. Bazı kararlı atom örnekleri: Helyum (2 elektron); Neon (2-8 elektron); Argon (2-8-8 elektron).

Elektrostatikte artı ve eksi yüklerin çalışma prensibi şu şekildedir: Elektron akışı: Bir cisimden diğerine elektron akışı olduğunda, fazladan elektron alan cisim eksi yükle, elektronlarını aktaran cisim ise artı yükle yüklenir. Aynı cins yükler: Aynı cins yüklü cisimler birbirini iter. Zıt cins yükler: Zıt cins yüklü cisimler birbirini çeker. Nötr cisimler: Proton ve nötron sayıları birbirine eşit olan cisimler nötrdür, yani yüksüzdür. Bu prensip, sürtünme ile elektriklenmede de geçerlidir; örneğin, ebonit çubuk yün kumaşa sürtüldüğünde, ebonit çubuk eksi yükle, yün kumaş ise artı yükle yüklenir.

İyon yarıçapı, iyonun yüküne ve periyodik tablodaki yerine göre değişir. Katyonlar (pozitif iyonlar), nötr atomlarından daha küçüktür. Anyonlar (negatif iyonlar), nötr atomlarından daha büyüktür. Periyodik tabloda: Periyotta (yatay satır) sağdan sola gidildikçe iyon yarıçapı genellikle büyür. Grupta (dikey sütun) yukarıdan aşağıya inildikçe iyon yarıçapı genellikle büyür.

Elektron ortaklaşması, iki veya daha fazla atomun elektronları ortaklaşa kullanması durumudur ve bu, kovalent bağın oluşmasına yol açar. Kovalent bağ, atomların dış elektronlarını paylaşarak daha kararlı bir yapı oluşturmasıyla meydana gelir. Bu bağ, apolar ve polar kovalent olarak ikiye ayrılır: Apolar kovalent bağ, aynı cins iki ametal atomunun elektronları eşit şekilde paylaşmasıyla oluşur. Polar kovalent bağ, farklı cins atomların elektronları eşit olmayan şekilde paylaşmasıyla meydana gelir; bu durumda molekülün bir ucu pozitif, diğer ucu negatif yüklenir.

1 elektron, 1,60217646 × 10⁻¹⁹ coulomb (C) yük taşır.