Atomenes elektronstruktur Kapittel J Atomenes elektronstruktur

Problemer med Bohrs atommodell Bohrs modell sier oss at elektronene går rundt atomkjerna i faste baner. Men ved en slik bevegelse må de etter hvert miste energi. Siden dette ikke skjer, må Bohrs modell være feil. Lang tids forsking og tankevirksomhet måtte til!

Bølger En bølge er karakterisert ved

Det elektromagnetiske spektrum strekker seg fra radiobølger med bølgelengder på 1012 nm via synlig lys (750 nm – 400 nm) ned til gammastråler med bølgelengder på 10-2 nm. 1 nm = 10-9 m.

Max Planck Når et svart legeme varmes opp, sender det ut lys med stadig høyere energi. Planck antok at energien ikke kan ha alle verdier, men har helt bestemte energier E gitt ved E = h  f, der h kalles Plancks konstant.

Bølge-partikkeldualismen Hva er lys? Lys oppfører seg som en bølge når det støter på minimale hindringer. Einstein fant ut at lys oppfører seg som en liten partikkel (foton) når det enten blir sendt ut eller tatt opp av en gjenstand (fotoelektrisk effekt).

Grunnstoff sender ut lys med karakteristiske farger (og dermed bølgelengder) når de tilføres energi. Niels Bohr antok at elektronet tar opp en helt bestemt energi og går over i en annen bane med høyere energi (eksitasjon). Det faller straks tilbake til grunntilstanden, og gir da denne energien fra seg i form av lys – synlig eller usynlig.

Hydrogenatomet Bohr utledet en formel som ga energien til lyset som ble sendt ut fra hydrogenatomet. Det stemte fremragende med det vi kan observere.

Louis de Broglie Bohrs modell stemte dessverre ikke så godt for atomer med flere enn ett elektron. De Broglie antok at bølge-partikkel- dualismen også gjaldt for elektronet – som dermed kunne ha bølgeegenskaper.

Werner Heisenberg Werner Heisenberg fant ut at det ikke er mulig å bestemme posisjonen til et elektron helt nøyaktig. Jo mer nøyaktig vi kjenner farten til en partikkel, desto mindre nøyaktig kjenner vi posisjonen. Vi kan derfor bare snakke om sannsynligheter for å treffe på et elektron et bestemt sted rundt atomkjerna.

Erwin Schrödinger klarte å stille opp likningen som beskriver elektronbevegelsen rundt et hydrogenatom. Løsningene av denne likningen gir oss energinivåene til hydrogenatomet – som har fått navnet atomorbitaler. En orbital angir altså sannsynligheten for å treffe på et elektron rundt atomkjerna. Orbitalene er karakterisert ved tre tall – kvantetallene.

Kvantetallene Hovedkvantetallet n angir størrelsen på orbitalene. Bikvantetallet l angir formen på orbitalene. Det magnetiske kvantetallet ml angir retningen av orbitalene ut fra atomkjerna.

Elektroner med samme verdi av n ligger i samme elektronskall, som har fått betegnelsene K, L, M, N osv. Elektroner med samme verdi av l ligger i samme underskall, som har fått betegnelsene s, p, d og f. Elektroner med samme verdi av ml ligger i samme orbital. Disse betegnes med en kombinasjon av tall og bokstaver (3s, 2p, 3d, 4f osv). K-skallet er nr.1, L-skallet er nr.2 osv.