Atomový obal obsahuje záporně nabité částice – elektrony. Elektrony se pohybují kolem jádra (které je kladně nabité) a jejich pohyb se dříve připodobňoval k obíhání planet kolem Slunce. Nejčastěji se tedy setkáme s pojmem elektronový obal. V čem je ale háček?
Vzhledem k tomu, že existuje něco jako Heisenbergův princip neurčitosti (který říká, že čím přesněji určíme polohu, tím méně přesnější bude určení hybnosti), nelze zároveň přesně změřit polohu a hybnost elektronu. To znamená, že nevíme přesně, kde elektron je a jak rychle se pohybuje
Nechejte mě uvést příklad, ať to lépe chápeme. Když elektron přeskakuje z jedné energetické hladiny do jiné (známe energii), tak nevíme nic o tom, kolik času bylo potřeba. Znamená to tedy, že pokud víme, kde elektron je, nemáme naopak informace o jeho pohybu. Proto jsme si našli jinou cestu k definování oblasti výskytu elektronů.
A to je pojem orbital, což je prostor, ve kterém elektron nalezneme s 95% pravděpodobností. Pro popis místa konkrétního elektronu v atomovém obalu využíváme kvantová čísla – hlavní (n), vedlejší (l), magnetické (m) a spinové (s). Ty si teď rozebereme.
1, Hlavní kvantové číslo (n)
Udává pořadové číslo vrstvy, ve které se daný elektron v atomovém obalu nachází. Toto číslo nabývá hodnot 1, 2, 3, … (značíme také písmeny K, L, M, ..). Nejblíže jádru je vrstva 1 (K).
Energie daného elektronu se pak zvyšuje s rostoucí hodnotou hlavního kvantového čísla, neboť přitažlivé síly klesají mezi ním a kladně nabitým jádrem. Nejvzdálenější vrstva atomového obalu obsazená elektrony se nazývá valenční.
2, Vedlejší kvantové číslo (l)
Udává tvar orbitalu (oblasti), ve kterém se konkrétní elektron nachází. V závislosti na tvaru daného orbitalu má elektron různou energii. Toto číslo nabývá hodnot od 0 do n-1, kde n je hlavní kvantové číslo.
Pro konkrétní hodnoty vedlejšího kvantového čísla je jednoznačně určen typ daného orbitalu. Každý typ orbitalu má svůj charakteristický vzhled.
3, Magnetické kvantové číslo (m)
Určuje orientaci orbitalu v prostoru s ohledem na vnější magnetické pole, do kterého je atom vložen. Toto číslo je závislé na hodnotě vedlejšího kvantového čísla l, neboť samo nabývá hodnot od –l po +l.
Orbitaly se stejnou hodnotou hlavního a vedlejšího kvantového čísla (n, l), které se liší v hodnotě magnetického kvantového čísla m, se nazývají energeticky degenerované orbitaly. To znamená, že uvnitř orbitalu mají všechny elektrony stejnou energii.
4, Spinové kvantové číslo (s)
Udává vnitřní moment hybnosti konkrétního elektronu a nabývá pouze hodnot –1/2 a +1/2. Uvedená veličina je obtížně představitelná pro svou abstraktnost. Z toho důvodu se (nesprávně) popisuje jako směr rotace daného elektronu.
Jak všechny tyto teoretické informace použijeme? Musíme znát hned několik pravidel.
Pauliho princip výlučnosti (též Pauliho vylučovací princip) stanovuje, že se v každém degenerovaném orbitalu mohou nacházet nejvýše 2 elektrony se stejným hlavním, vedlejším a magnetickým kvantovým číslem. Liší se pak ve svém spinovém kvantovém čísle.
Elektrony se znázorňují jako šipky, které se vpisují do „rámečků“ (orbitalů), přičemž odlišná orientace těchto šipek značí rozdílné spinové kvantové číslo.
Jinými slovy… podle Pauliho principu výlučnosti neexistují v žádném atomu dva elektrony, které by se současně shodovaly v hodnotách hlavního, vedlejšího, magnetického a spinového kvantového čísla.
V jednom orbitalu se mohou nacházet nejvýše dva elektrony – se stejnými n, l, m, ale opačným spinem
Výstavbový princip nám říká, že se každý atom snaží mít konfiguraci s co nejmenší energií. Budou se tedy zaplňovat v následujícím pořadí. Když si zapamatujete začátek, ulehčí vám to spoustu práce ať už k přijímačkám nebo kdykoliv později.
A proč řada vypadá právě takhle a ne v jiném pořadí? To je pravidlo n+l.
Orbitaly se plní podle rostoucího součtu n+l. Pokud je možné, aby se dosáhlo stejné hodnoty různými součty, přednost dostává číslo s nižším hlavním kvantovým číslem. Velmi známý příklad je 4p (4+1) a 3d (3+2). Obě hodnoty vychází 5. Ale 3d má nižší hlavní kvantové číslo, proto se bude obsazovat dříve.
Barbara Galečková a Diana Machálková
