Sa araling ito, tutuklasin natin ang papel at katangian ng mga electron sa konteksto ng isang atom. Ang mga electron ay pangunahing mga particle na gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagtukoy ng mga kemikal na katangian ng mga elemento. Sa pamamagitan ng pagsasaliksik sa kanilang pag-uugali, pamamahagi, at pakikipag-ugnayan sa iba pang bahagi ng atomic, nagkakaroon tayo ng pananaw sa pundasyon ng kimika at pisika.
Ang mga electron ay mga subatomic na particle na may negatibong singil, na tinutukoy ng \(e^-\) . Ang mga ito ay isa sa tatlong pangunahing bahagi ng isang atom, kasama ang mga proton at neutron. Hindi tulad ng mga proton at neutron na naninirahan sa nucleus ng atom, ang mga electron ay umiikot sa nucleus sa mga rehiyon na tinatawag na electron shell o mga antas ng enerhiya. Ang mass ng isang electron ay makabuluhang mas maliit kaysa sa mga proton at neutron, humigit-kumulang \(\frac{1}{1836}\) sa mass ng isang proton. Ang maliit na masa na ito ay nagpapahintulot sa mga electron na sakupin ang malawak na dami ng espasyo ng isang atom sa kabila ng kanilang hindi gaanong kontribusyon sa masa ng atom.
Ang mga electron ay nakaayos sa mga antas ng enerhiya ng atom o mga shell kasunod ng prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli, ang prinsipyo ng Aufbau, at ang panuntunan ni Hund. Ang pinaka-matatag na pagsasaayos ay makakamit kapag pinupunan muna ng mga electron ang pinakamababang antas ng enerhiya bago lumipat sa mas mataas. Tinutukoy ng kaayusan na ito ang mga kemikal na katangian ng isang atom, kabilang ang reaktibiti nito at ang kakayahang bumuo ng mga bono sa ibang mga atomo.
Halimbawa, ang hydrogen atom, na mayroong isang electron, ay mayroong electron na ito sa unang shell nito. Ang oxygen, na may walong electron, ay may dalawang electron sa unang shell nito at anim sa pangalawang shell nito.
Ang mga electron ay may mahalagang papel sa pagbuo ng mga kemikal na bono, mga pakikipag-ugnayan na naghahawak ng mga atomo sa mga molekula o compound. Pangunahing may tatlong uri ng mga bono ng kemikal: mga bono ng ionic, covalent, at metal, na lahat ay kinasasangkutan ng mga electron. Sa isang ionic bond, ang mga electron ay inililipat mula sa isang atom patungo sa isa pa, na nagreresulta sa positibo at negatibong mga ion na umaakit sa isa't isa. Ang mga covalent bond ay kinabibilangan ng pagbabahagi ng mga pares ng elektron sa pagitan ng mga atom, habang ang mga metal na bono ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga electron na malayang gumagalaw sa buong istraktura ng metal.
Ang konsepto ng mga electron na umiikot sa nucleus sa tinukoy na mga landas o orbit ay unang iminungkahi ni Niels Bohr. Gayunpaman, ang modernong quantum mechanics ay nagbibigay ng mas tumpak na paglalarawan, na nagpapakilala sa konsepto ng mga orbital. Ang mga orbital ay mga rehiyon ng espasyo sa paligid ng nucleus kung saan malamang na matagpuan ang mga electron. Hindi tulad ng tinukoy na mga orbit ng Bohr model, ang quantum mechanics ay naglalarawan ng mga posisyon ng elektron sa mga tuntunin ng mga probabilidad. Iginiit ng prinsipyo ng kawalan ng katiyakan ng Heisenberg na imposibleng matukoy nang sabay-sabay ang eksaktong posisyon at bilis ng isang elektron.
Ang quantum behavior ng mga electron na ito ay mahalaga para sa pag-unawa sa mga kumplikadong istruktura ng mga atom na lampas sa pinakasimpleng hydrogen atom. Ang mga electron sa mas malalaking atomo ay sumasakop sa isang kumplikadong hanay ng mga orbital na may iba't ibang hugis at antas ng enerhiya. Kabilang dito ang s, p, d, at f orbitals, bawat isa ay may katangiang hugis at kapasidad na humawak ng mga electron.
Ang mga electron ng Valence ay ang mga electron sa pinakalabas na shell ng isang atom. Malaki ang papel nila sa pagtukoy ng mga katangian ng kemikal ng atom at ang kakayahang makipag-ugnayan sa ibang mga atomo. Ang bilang ng mga valence electron ay tumutugma sa numero ng pangkat ng isang elemento sa periodic table para sa s at p blocks. Halimbawa, ang mga elemento sa pangkat 1 ay may isang valence electron, habang ang mga nasa pangkat 18 ay may walong valence electron (maliban sa helium, na mayroong dalawa).
Ang pagsasaayos ng mga valence electron ay nagpapaliwanag sa periodicity na naobserbahan sa periodic table, kung saan ang mga elemento sa parehong grupo ay nagpapakita ng mga katulad na kemikal na pag-uugali. Ito ay dahil mayroon silang parehong bilang ng mga valence electron, na humahantong sa mga katulad na katangian at reaksyon ng pagbubuklod.
Ang mga electron ay maaaring sumipsip ng enerhiya at tumalon sa mas mataas na antas ng enerhiya o bumaba sa mas mababang antas ng enerhiya, na naglalabas ng enerhiya sa anyo ng mga photon. Ang prosesong ito ay mahalaga sa hindi pangkaraniwang bagay ng spectroscopy, kung saan ang emitted light spectrum ay maaaring masuri upang matukoy ang komposisyon ng isang substance. Ang enerhiya ng photon na ibinubuga o hinihigop sa panahon ng paglipat na ito ay ibinibigay ng equation \(E = h\nu\) , kung saan ang \(E\) ay ang enerhiya ng photon, \(h\) ay ang pare-pareho ng Planck, at \(\nu\) ay ang dalas ng photon.
Ang prinsipyong ito ay inilalarawan sa spectrum ng paglabas ng hydrogen, na binubuo ng ilang linya na tumutugma sa mga paglipat ng mga electron sa pagitan ng mga antas ng enerhiya. Ang bawat transition ay naglalabas ng photon ng isang partikular na wavelength, na nagreresulta sa isang line spectrum na natatangi sa hydrogen.
Ang Eksperimento ng Cathode Ray Tube: Ito ay isang klasikong eksperimento na nagpapakita ng pagkakaroon ng mga electron. Kapag ang isang electric current ay dumaan sa isang gas sa mababang presyon sa isang cathode ray tube, isang sinag na nakikita ng mga mata ng tao ay ginawa. Ang sinag na ito ay natagpuang pinalihis ng mga magnetic at electric field, na nagmumungkahi ng pagkakaroon ng mga negatibong sisingilin na mga particle - kalaunan ay nakilala bilang mga electron.
The Oil Drop Experiment: Isinagawa ni Robert A. Millikan at Harvey Fletcher, sinukat ng eksperimentong ito ang singil ng isang electron. Ang mga maliliit na patak ng langis ay nasuspinde sa pagitan ng dalawang sisingilin na mga plato, at ang kanilang paggalaw sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field ay nagpapahintulot para sa pagkalkula ng singil sa bawat droplet. Tinukoy ng eksperimentong ito na ang elementary charge ay humigit-kumulang \(1.60 \times 10^{-19}\) coulomb, na nagtatatag ng quantization ng electric charge.
Sa araling ito, na-explore natin ang mga pangunahing aspeto ng mga electron sa konteksto ng mga atom. Mula sa kanilang pamamahagi sa mga antas ng enerhiya hanggang sa kanilang papel sa mga chemical bond at quantum behavior, ang mga electron ay mahalaga sa pag-unawa sa napakaraming katangian at reaksyon ng mga elemento. Ang pag-alam kung paano nakikipag-ugnayan ang mga electron sa loob ng mga atomo at sa iba pang mga atomo ay naglalatag ng batayan para sa malawak na larangan ng kimika at pisika, na nagpapaliwanag ng lahat mula sa istruktura ng mga molekula hanggang sa pag-uugali ng mga materyales.
