Войти
Электроны ядра - это электроны в атоме, которые не являются валентными электронами и не участвуют в химическом связывании. Ядро и основные электроны атома образуют ядро атома. Электроны ядра прочно связаны с ядром. Следовательно, в отличие от валентных электронов, остовные электроны играют второстепенную роль в химических связях и реакциях, экранируя положительный заряд атомного ядра от валентных электронов.
Число валентных электронов элемента может быть определено с помощью группа элемента периодической таблицы (см. валентный электрон ):
Все другие невалентные электроны атома этого элемента считаются остовными электронами.
Более сложное объяснение разницы между остовными и валентными электронами можно описать с помощью теории атомных орбиталей.
В атомах с одним электроном энергия орбитали определяется исключительно главным квантовым числом n. Орбиталь n = 1 имеет наименьшую возможную энергию в атоме. При больших n энергия возрастает настолько, что электрон может легко покинуть атом. В одноэлектронных атомах все уровни энергии с одним и тем же главным квантовым числом вырождены и имеют одинаковую энергию.
В атомах с более чем одним электроном энергия электрона зависит не только от свойств орбитали, на которой он находится, но и от его взаимодействия с другими электронами на других орбиталях. Это требует учета квантового числа l. Более высокие значения l связаны с более высокими значениями энергии; например, состояние 2p выше, чем состояние 2s. Когда l = 2, увеличение энергии орбитали становится достаточно большим, чтобы вытолкнуть энергию орбитали выше энергии s-орбитали в следующей более высокой оболочке; при l = 3 энергия проталкивается в оболочку на две ступени выше. Заполнение трехмерных орбиталей не происходит до тех пор, пока не будут заполнены 4s-орбитали.
Увеличение энергии подоболочек с увеличивающимся угловым моментом в более крупных атомах происходит из-за эффектов электрон-электронного взаимодействия и, в частности, связано со способностью электронов с низким угловым моментом более эффективно проникать в ядро, где они менее защищены от заряда промежуточных электронов. Таким образом, в атомах с более высоким атомным номером l электронов становится все более и более определяющим фактором их энергии, а главные квантовые числа n электронов становятся все менее и менее важными в их энергетическом размещении. Энергетическая последовательность первых 35 подоболочек (например, 1s, 2s, 2p, 3s и т. Д.) Дана в следующей таблице [не показана?]. Каждая ячейка представляет подоболочку, где n и l задаются индексами строки и столбца соответственно. Число в ячейке - это позиция подоболочки в последовательности. См. Таблицу Менделеева ниже, организованную по подоболочкам.
Атомное ядро относится к атому без валентных электронов.
Атомное ядро имеет положительный электрический заряд. Масса ядра почти равна массе атома. Атомное ядро с достаточной точностью можно считать сферически-симметричным. Радиус ядра как минимум в три раза меньше радиуса соответствующего атома (если рассчитать радиусы теми же методами). Для тяжелых атомов радиус ядра немного увеличивается с увеличением числа электронов. Радиус ядра самого тяжелого природного элемента - урана - сравним с радиусом атома лития, хотя последний имеет всего три электрона.
Химические методы не могут отделить электроны ядра от атома. При ионизации пламенем или ультрафиолетовым излучением ядра атомов, как правило, также остаются нетронутыми.
Для элементов с высоким атомным номером Z релятивистские эффекты могут наблюдаться для остовных электронов. Скорости s-электронов ядра достигают релятивистского импульса, что приводит к сжатию 6s-орбиталей относительно 5d-орбиталей. Физические свойства, на которые оказывают влияние эти релятивистские эффекты, включают пониженную температуру плавления ртути и наблюдаемый золотистый цвет золота и цезия из-за сужения энергетической щели. Золото кажется желтым, потому что оно поглощает синий свет больше, чем другие длины волн видимого диапазона, и поэтому отражает обратно желтоватый свет.
Остовный электрон может быть удален со своего внутреннего уровня после поглощения электромагнитного излучения. Это либо возбудит электрон к пустой валентной оболочке, либо заставит его испускаться как фотоэлектрон из-за фотоэлектрического эффекта. Образовавшийся атом будет иметь пустое пространство в основной электронной оболочке, часто называемое стержневой дырой. Он находится в метастабильном состоянии и распадется в течение 10 с, высвобождая избыточную энергию за счет рентгеновской флуоресценции (как характеристический рентгеновский снимок ) или за счет эффекта Оже.. Обнаружение энергии, испускаемой валентным электроном, падающим на орбиталь с меньшей энергией, дает полезную информацию об электронной и локальной решетчатой структуре материала. Хотя большую часть времени эта энергия выделяется в виде фотона, энергия также может передаваться другому электрону, который выбрасывается из атома. Этот второй выброшенный электрон называется электроном Оже, и этот процесс электронного перехода с непрямым излучением известен как эффект Оже.
. Каждый атом, кроме водорода, имеет электроны остовного уровня с четко определенной энергией связи. Следовательно, можно выбрать элемент для зондирования, настроив энергию рентгеновского излучения на соответствующий край поглощения. Спектры испускаемого излучения могут использоваться для определения элементного состава материала.
