Kaj je zunanja elektronska konfiguracija?



The elektronsko konfiguracijo, imenujemo tudi elektronsko strukturo, je razporeditev elektronov v energijski ravni okoli atomskega jedra.

Glede na starodavni atomski model Bohra, elektroni zavzemajo več nivojev v orbiti okoli jedra, od prve plasti, ki je najbližje jedru, K, do sedme plasti, Q, ki je najbolj oddaljena od jedra..

Z vidika bolj izpopolnjenega kvantno-mehanskega modela so plasti K-Q razdeljene na niz orbitalov, od katerih lahko vsak zasede največ en par elektronov (Encyclopædia Britannica, 2011)..

Običajno se elektronska konfiguracija uporablja za opis orbitale atoma v njenem osnovnem stanju, lahko pa se uporablja tudi za predstavitev atoma, ki je bil ioniziran v kationu ali anionu, ki kompenzira izgubo ali pridobitev elektronov v njihovih orbitalih..

Veliko fizikalnih in kemijskih lastnosti elementov je mogoče povezati z njihovimi edinstvenimi elektronskimi konfiguracijami. Valenčni elektroni, elektroni v najbolj zunanji plasti, so odločilni dejavnik za edinstveno kemijo elementa.

Osnovni pojmi elektronskih konfiguracij

Preden razporedimo elektrone atoma na orbitale, moramo spoznati osnovne koncepte elektronskih konfiguracij. Vsak element periodnega sistema je sestavljen iz atomov, ki so sestavljeni iz protonov, nevtronov in elektronov.

Elektroni imajo negativen naboj in se nahajajo okoli jedra atoma v orbitalih elektrona, kar je definirano kot prostornina prostora, v katerem je elektron najden v 95% verjetnosti..

Štiri različne vrste orbital (s, p, d in f) imajo različne oblike, orbital pa lahko vsebuje največ dva elektrona. Orbitale p, d in f imajo različne podravne, zato lahko vsebujejo več elektronov.

Kot je navedeno, je elektronska konfiguracija vsakega elementa edinstvena za svoje mesto v periodnem sistemu. Energetski nivo je določen z obdobjem in število elektronov je podano z atomskim številom elementa.

Orbitale na različnih energetskih nivojih so si podobne, vendar zasedajo različna področja v prostoru.

Orbital 1s in orbital 2s imata značilnosti orbite s (radialna vozlišča, sferične verjetnosti volumna, lahko vsebujejo samo dva elektrona itd.). Ker pa se nahajajo v različnih energetskih nivojih, zasedajo različne prostore okoli jedra. Vsako orbito je lahko predstavljeno s posebnimi bloki v periodnem sistemu.

Blok s je območje alkalijskih kovin, vključno s helijem (skupine 1 in 2), blok d so prehodne kovine (skupine 3 do 12), blok p so elementi glavne skupine skupin 13 do 18. , In blok f sta serija lantanidov in aktinidov (Faizi, 2016).

Slika 1: elementi periodne tabele in njihova obdobja, ki se razlikujejo glede na energetske nivoje orbital.

Načelo Aufbauja

Aufbau prihaja iz nemške besede "Aufbauen", kar pomeni "graditi". V bistvu pri pisanju elektronskih konfiguracij gradimo elektronske orbitale, ko se premikamo iz enega atoma v drugega.

Ko pišemo elektronsko konfiguracijo atoma, bomo orbite zapolnili v naraščajočem vrstnem redu atomskega števila.

Načelo Aufbau izhaja iz Paulijevega izključitvenega načela, ki pravi, da v atomu ni dveh fermijev (npr. Elektronov). Lahko imajo enak nabor kvantnih števil, zato se morajo "kopičiti" na višjih energetskih ravneh.

Kako se akumulirajo elektroni je predmet elektronskih konfiguracij (Aufbau princip, 2015).

Stabilni atomi imajo toliko elektronov kot protoni v jedru. Elektroni se zberejo okoli jedra v kvantnih orbitalih, pri čemer sledijo štiri osnovna pravila, imenovana Aufbauovo načelo.

  1. V atomu ni dveh elektronov, ki imata iste štiri kvantne številke n, l, m in s.
  2. Elektroni bodo najprej zasedli orbitale najnižje energetske ravni.
  3. Elektroni bodo vedno zapolnili orbitale z enakim številom vrtljajev. Ko bodo orbitale polne, se bo začelo.
  4. Elektroni bodo napolnili orbitale z vsoto kvantnih števil n in l. Orbitale z enakimi vrednostmi (n + l) bodo najprej zapolnjene z vrednostmi n nižje.

Drugo in četrto pravilo sta v bistvu enaka. Primer četrtega pravila bi bile orbitale 2p in 3s.

Orpital 2p je n = 2 in l = 2 in 3s orbital je n = 3 in l = 1. (N + l) = 4 v obeh primerih, vendar ima 2p orbitalno najnižjo energijo ali najnižjo vrednost n in bo napolnjena pred 3s plast.

Na srečo se lahko Moellerjev diagram, prikazan na sliki 2, uporabi za polnjenje elektronov. Graf se bere z izvedbo diagonal od 1s.

Slika 2: Moellerjev diagram polnjenja elektronske konfiguracije.

Na sliki 2 so prikazane atomske orbitale, puščice pa sledijo poti.

Zdaj, ko je znano, da je vrstni red orbitalov poln, je edina stvar, ki si zapomni velikost vsake orbite.

S orbitale ima 1 možno vrednost ml vsebovati 2 elektrona

P orbitale imajo 3 možne vrednosti ml vsebovati 6 elektronov

D orbitale imajo 5 možnih vrednosti ml vsebovati 10 elektronov

F orbitale imajo 7 možnih vrednosti ml vsebovati 14 elektronov

To je vse, kar je potrebno za določitev elektronske konfiguracije stabilnega atoma elementa.

Na primer, vzemite element dušika. Dušik ima sedem protonov in torej sedem elektronov. Prva orbitalna polnila je orbitalna 1s.

Orbital ima dva elektrona, tako da je preostalih pet elektronov. Naslednja orbita je 2s orbitalna in vsebuje naslednja dva. Trije končni elektroni bodo šli v orbital 2p, ki lahko vsebuje do šest elektronov (Helmenstine, 2017).

Pomen zunanje elektronske konfiguracije

Elektronske konfiguracije imajo pomembno vlogo pri določanju lastnosti atomov.

Vsi atomi iste skupine imajo enako zunanjo elektronsko konfiguracijo, razen atomskega števila n, zato imajo podobne kemijske lastnosti.

Nekateri od ključnih dejavnikov, ki vplivajo na atomske lastnosti, so velikost največjih zasedenih orbital, energija višjih energijskih orbital, število orbitalnih prostih delovnih mest in število elektronov v višjih energetskih orbitalih (elektronske konfiguracije in lastnosti atoma, SF).

Večina atomskih lastnosti je lahko povezana s stopnjo privlačnosti med elektroni, ki je bolj zunaj jedra, in s številom elektronov v zunanjem sloju elektrona, številom valentnih elektronov..

Elektroni zunanje plasti so tisti, ki lahko tvorijo kovalentne kemijske vezi, tisti, ki imajo sposobnost ioniziranja, da tvorijo katione ali anione in so tisti, ki dajejo stanje oksidacije kemičnim elementom (Khan, 2014)..

Določili bodo tudi atomski polmer. Ko n postane večji, se atomski polmer poveča. Ko atom izgubi elektron, bo prišlo do krčenja atomskega polmera zaradi zmanjšanja negativnega naboja okoli jedra..

Elektroni zunanje plasti so tisti, ki jih upošteva teorija valentnih vezi, teorija kristaliničnega polja in molekularna orbitalna teorija za pridobitev lastnosti molekul in hibridizacije vezi (Bozeman Science, 2013)..

Reference

  1. Načelo Aufbau. (2015, 3. junij). Vzeto iz chem.libretexts: chem.libretexts.org.
  2. Bozemanova znanost. (2013, Agoto 4). Elektronska konfiguracija. Vzeto iz youtube: youtube.com.
  3. Elektronske konfiguracije in lastnosti atomov. (S.F.). Vzeto iz oneonta.edu: oneonta.edu.
  4. Enciklopedija Britannica. (2011, 7. september). Elektronska konfiguracija. Vzeto iz britannice: britannica.com.
  5. Faizi, S. (2016, 12. julij). Elektronske konfiguracije. Vzeto iz chem.libretexts: chem.libretexts.org.
  6. Helmenstine, T. (2017, 7. marec). Načelo Aufbau - elektronska struktura in načelo Aufbau. Vzeto iz: thinkco: thoughtco.com.
  7. Khan, S. (2014, 8. junij). Valenčni elektroni in vezava. Vzeto iz khanacademy: khanacademy.org.