Bu dərsdə biz atom kontekstində elektronların rolunu və xüsusiyyətlərini araşdıracağıq. Elektronlar elementlərin kimyəvi xassələrinin müəyyən edilməsində həlledici rol oynayan əsas hissəciklərdir. Onların davranışı, paylanması və digər atom komponentləri ilə qarşılıqlı əlaqəsini araşdıraraq, biz kimya və fizikanın əsasları haqqında fikir əldə edirik.
Elektronlar mənfi yüklü atomaltı hissəciklərdir, \(e^-\) ilə işarələnir. Onlar proton və neytronlarla yanaşı, atomun üç əsas komponentindən biridir. Atomun nüvəsində yerləşən proton və neytronlardan fərqli olaraq, elektronlar elektron qabıqları və ya enerji səviyyələri adlanan bölgələrdə nüvənin ətrafında fırlanır. Elektronun kütləsi protonların və neytronların kütləsindən əhəmiyyətli dərəcədə kiçikdir, təxminən \(\frac{1}{1836}\) protonun kütləsidir. Bu kiçik kütlə elektronların atomun kütləsinə cüzi töhfə verməsinə baxmayaraq, atomun geniş həcmini tutmağa imkan verir.
Elektronlar Pauli istisna prinsipinə, Aufbau prinsipinə və Hund qaydasına uyğun olaraq atomun enerji səviyyələrində və ya qabıqlarında düzülür. Ən sabit konfiqurasiya elektronlar daha yüksəklərə keçməzdən əvvəl ən aşağı enerji səviyyələrini doldurduqda əldə edilir. Bu tənzimləmə atomun kimyəvi xüsusiyyətlərini, o cümlədən reaktivliyini və digər atomlarla əlaqə yaratmaq qabiliyyətini müəyyən edir.
Məsələn, bir elektronu olan hidrogen atomunun birinci qabığında bu elektron var. Səkkiz elektronlu oksigenin birinci qabığında iki, ikinci qabığında altı elektron var.
Elektronlar kimyəvi bağların, atomları molekullarda və ya birləşmələrdə bir yerdə saxlayan qarşılıqlı təsirlərin meydana gəlməsində əsas rol oynayır. İlk növbədə üç növ kimyəvi bağ var: ion, kovalent və metal bağlar, bunların hamısı elektronları əhatə edir. İon bağında elektronlar bir atomdan digərinə keçir, nəticədə bir-birini cəlb edən müsbət və mənfi ionlar yaranır. Kovalent bağlar atomlar arasında elektron cütlərinin paylaşılmasını nəzərdə tutur, metal bağlar isə metal strukturunda sərbəst hərəkət edə bilən elektronların birləşməsi ilə əmələ gəlir.
Nüvə ətrafında müəyyən edilmiş orbitlərdə və ya orbitlərdə fırlanan elektronlar anlayışı ilk dəfə Niels Bor tərəfindən təklif edilmişdir. Bununla belə, müasir kvant mexanikası orbitallar anlayışını təqdim edərək daha dəqiq təsvir verir. Orbitallar nüvənin ətrafında elektronların tapılma ehtimalı olan fəza bölgələridir. Bor modelinin müəyyən edilmiş orbitlərindən fərqli olaraq, kvant mexanikası elektron mövqelərini ehtimallar baxımından təsvir edir. Heisenberg qeyri-müəyyənlik prinsipi bir elektronun dəqiq mövqeyini və sürətini eyni vaxtda təyin etməyin mümkün olmadığını iddia edir.
Elektronların bu kvant davranışı ən sadə hidrogen atomundan kənarda olan atomların mürəkkəb strukturlarını başa düşmək üçün çox vacibdir. Daha böyük atomlardakı elektronlar müxtəlif forma və enerji səviyyələrinə malik mürəkkəb orbital massivi tutur. Bunlara hər birinin xarakterik forması və elektronları saxlamaq qabiliyyəti olan s, p, d və f orbitalları daxildir.
Valent elektronlar atomun ən xarici qabığındakı elektronlardır. Onlar bir atomun kimyəvi xassələrini və digər atomlarla qarşılıqlı təsir qabiliyyətini təyin etməkdə mühüm rol oynayırlar. Valentlik elektronlarının sayı elementin s və p blokları üçün dövri cədvəldəki qrup nömrəsinə uyğundur. Məsələn, 1-ci qrupdakı elementlərin bir valent elektronu, 18-ci qrupdakıların isə səkkiz valent elektronu var (ikisi olan heliumdan başqa).
Valentlik elektronlarının konfiqurasiyası eyni qrupdakı elementlərin oxşar kimyəvi davranışlar nümayiş etdirdiyi dövri cədvəldə müşahidə olunan dövriliyi izah edir. Bunun səbəbi, onların eyni sayda valent elektrona malik olması, oxşar bağlanma xüsusiyyətlərinə və reaksiyalarına səbəb olur.
Elektronlar enerjini udub daha yüksək enerji səviyyələrinə sıçrayaraq və ya daha aşağı enerji səviyyələrinə düşərək fotonlar şəklində enerji yaya bilər. Bu proses spektroskopiya fenomeni üçün əsasdır, burada yayılan işıq spektri maddənin tərkibini müəyyən etmək üçün təhlil edilə bilər. Bu keçid zamanı buraxılan və ya udulmuş fotonun enerjisi \(E = h\nu\) tənliyi ilə verilir, burada \(E\) fotonun enerjisi, \(h\) Plank sabitidir və \(\nu\) fotonun tezliyidir.
Bu prinsip enerji səviyyələri arasında elektronların keçidlərinə uyğun gələn bir neçə xəttdən ibarət olan hidrogen emissiya spektrində təsvir edilmişdir. Hər bir keçid müəyyən bir dalğa uzunluğunda bir fotonu buraxır, nəticədə hidrogenə xas olan bir xətt spektri yaranır.
Katod Ray Borusu Təcrübəsi: Bu elektronların mövcudluğunu nümayiş etdirən klassik bir təcrübədir. Elektrik cərəyanı bir katod şüası borusunda aşağı təzyiqdə bir qazdan keçdikdə, insan gözünə görünən bir şüa yaranır. Bu şüanın maqnit və elektrik sahələri tərəfindən sapdırıldığı aşkar edildi və bu, mənfi yüklü hissəciklərin varlığını göstərir - sonradan elektron kimi müəyyən edildi.
Neft Damcısı Təcrübəsi: Robert A. Millikan və Harvey Fletcher tərəfindən aparılan bu təcrübə tək elektronun yükünü ölçdü. Xırda neft damcıları iki yüklənmiş boşqab arasında asılmışdı və onların elektrik sahəsinin təsiri altında hərəkəti hər damcıdakı yükü hesablamağa imkan verirdi. Bu təcrübə elementar yükün təxminən \(1.60 \times 10^{-19}\) kulon olduğunu təyin edərək elektrik yükünün kvantlaşdırılmasını təyin etdi.
Bu dərsdə biz atomlar kontekstində elektronların əsas aspektlərini araşdırdıq. Enerji səviyyələrində paylanmasından tutmuş kimyəvi bağlardakı roluna və kvant davranışına qədər elektronlar elementlərin saysız-hesabsız xassələrini və reaksiyalarını başa düşmək üçün vacibdir. Elektronların atomlar daxilində və digər atomlarla necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu bilmək, molekulların quruluşundan tutmuş materialların davranışına qədər hər şeyi izah edərək, kimya və fizikanın geniş sahələri üçün zəmin yaradır.
