Elektronový obal atomu

ELEKTRONOVÝ OBAL ATOMU

Pro chemické vlastnosti prvků je důležitá struktura elektronového obalu jejich atomů. Podle současných představ se elektrony nacházejí v definovaném prostoru kolem atomového jádra. Prostor, kde se elektron s největší pravděpodobností vyskytuje, se nazývá orbital. Orbitaly mají různé tvary či prostorovou orientaci a jsou vždy obsazeny nejvýše dvěma elektrony. Podle rostoucí energie elektronů se orbitaly formálně sdružují do tzv. vrstev, přičemž elektrony v nižších vrstvách mají nižší energii a jsou většinou méně vzdáleny od atomového jádra. Elektrony ve vrstvě, která je od jádra nejvzdálenější, se nazývají valenční elektrony a tuto vrstvu označujeme jako valenční vrstvu. Počet valenčních elektronů se dá odvodit z postavení prvku v periodické tabulce.

Od objevení elektronu J. J. Thomsonem se představy o povaze elektronů a jejich umístění v atomu překotně vyvíjely. Sám Thomson elektrony pouze umístil do „kladné hmoty“ atomu podobně jako rozinky do anglického pudinku (proto se Thomsonův model atomu nazývá též pudinkový).

Zanedlouho poté došel anglický fyzik E. Rutherford na základě pokusů s radioaktivním zářením ke zjištění, že atomy nemohou být tak kompaktní, jak předpokládal Thomson. Podle svých měření určil, že hmota atomu je soustředěna především v jádře s poloměrem asi desettisíckrát až stotisíckrát menším, než je poloměr atomu. Elektrony měly obíhat po blíže nespecifikovaných drahách kolem jádra, podobně jako planety kolem Slunce. Tento model atomu se nazývá planetární.

Prakticky ihned bylo dokázáno, že Rutherfordův model nemůže popisovat skutečný pohyb elektronů. Podle klasické mechaniky by totiž byly záporně nabité elektrony okamžitě přitaženy kladně nabitým jádrem. Tento nedostatek odstranil dánský fyzik N. Bohr, který dráhy přesně definoval a vyslovil podmínky, za nichž mohou elektrony mezi dráhami přeskakovat. Bohrův model atomu byl dále upravován, další bádání však ukázalo, že vlastnosti a pohyb elektronů nelze popsat prostředky klasické mechaniky.

Ve 20. letech 20. století, tedy necelých 30 let od objevu elektronu, byl týmem vědců vytvořen kvantověmechanický model atomu, který předpokládá, že se elektron chová jako částice a zároveň jako vlnění, a vychází z tzv. Schrödingerovy rovnice.

Věděli jste, že…

elektrony nám umožňují pozorovat velmi malé objekty, které by již nešly zachytit pomocí světla a běžného mikroskopu? S využitím elektronového mikroskopu (vlevo nahoře) můžeme objevit „vetřelce“ z mikrosvěta roztočů (vpravo nahoře). Tyto obrazy slouží i jako inspirace pro vytváření filmových „příšer“.

Populární atom

Rutherfordův model atomu sice neznázorňuje věrně podobu atomu, ale stal se již v době svého vzniku velmi populárním. Jeho stylizovaná podoba se vžila jako obecný symbol pro atomy, je součástí loga řady společností a institucí (na obrázku vlevo: znak americké Komise pro jadernou energii). Vyskytl se i na několika bankovkách (na obrázku vpravo: řecká bankovka, dnes již neplatná).

Úloha 2.5

Vyhledejte ve svém okolí nebo na internetu objekty, na kterých se vyskytuje symbol atomu. Diskutujte, jaký má v konkrétních případech význam.