Kaj je spektralna notacija?



The spektralni zapis oElektronska konfiguracija je razporeditev elektronov v energijski ravni okoli jedra atoma.

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 (elektronske konfiguracije in lastnosti atoma, S.F.).

Ko elektroni v zunanjem sloju atoma prejmejo energijo neke vrste, se premaknejo v višje energetske plasti. Tako se elektron v sloju K prenese v sloj L, medtem ko je v višjem energetskem stanju.

Ko se elektron vrne v svoje osnovno stanje, sprosti energijo, ki jo absorbira z oddajanjem elektromagnetnega spektra (svetlobe). Ker ima vsak atom specifično elektronsko konfiguracijo, bo imel tudi specifičen spekter, ki se bo imenoval absorpcijski (ali emisijski) spekter..

Iz tega razloga se izraz spektralni zapis uporablja za elektronsko konfiguracijo (Spectroscopic Notation, S.F.).

Kako določiti spektralni zapis: kvantne številke

Uporabimo skupno štiri kvantna števila, da v celoti opišemo gibanje in trajektorije vsakega elektrona znotraj atoma.

Kombinacija vseh kvantnih števil vseh elektronov v atomu je opisana z valovno funkcijo, ki je skladna s Schrödingerjevo enačbo. Vsak elektron v atomu ima edinstven niz kvantnih števil.

Po Paulijevem principu izključitve dva elektrona ne moreta deliti iste kombinacije štirih kvantnih števil.

Kvantna števila so pomembna, ker jih lahko uporabimo za določitev elektronske konfiguracije atoma in verjetne lokacije elektronov atoma.

Kvantna števila se uporabljajo tudi za določanje drugih lastnosti atomov, kot so ionizacijska energija in atomski polmer.

Kvantna števila označujejo posebne lupine, podplete, orbitale in elektronske zavoje.

To pomeni, da v celoti opisujejo lastnosti elektrona v atomu, kar pomeni, da opisujejo vsako edinstveno rešitev za Schrödingerjevo enačbo ali valovno funkcijo elektronov v atomu..

Obstaja skupno štiri kvantna števila: glavno kvantno število (n), kvantno število orbitalnega kotnega momenta (l), magnetno kvantno število (ml) in kvantno število spina elektrona (ms)..

Glavno kvantno število, nn, opisuje energijo elektrona in najverjetnejšo razdaljo elektrona od jedra. Z drugimi besedami, nanaša se na velikost orbite in raven energije, na kateri je elektron.

Število podslojev ali ll opisuje obliko orbite. Lahko se uporablja tudi za določanje števila kotnih vozlišč.

Magnetno kvantno število, ml, opisuje energetske nivoje v podsloju in ms se nanaša na spin na elektronu, ki je lahko gor ali dol (Anastasiya Kamenko, 2017).

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.

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 ostalo še 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).

Pravila Hunda

Razdelek Aufbau je razpravljal, kako elektroni najprej napolnijo nižje energetske orbitale in se nato premaknejo na višje energetske orbitale šele potem, ko so polne nižje energetske orbitale polne.

Vendar pa obstaja težava s tem pravilom. Seveda morajo biti 1s orbitale zapolnjene pred 2s orbitali, ker imajo 1s orbitale nižjo vrednost n, in zato nižjo energijo..

In tri različne orbitale? V kakšnem vrstnem redu naj bi jih zapolnili? Odgovor na to vprašanje vključuje Hundovo pravilo.

Hundovo pravilo navaja:

- Vsaka orbita v podravni je zasedena individualno, preden je katera koli orbita dvakrat zasedena.

- Vsi elektroni v individualno zasedenih orbitalih imajo enak spin (za maksimiranje celotnega spina).

Ko so elektroni dodeljeni orbitali, elektron najprej poskuša zapolniti vse orbitale s podobno energijo (imenovano tudi degenerirane orbitale), preden se poveže z drugim elektronom v pol-polni orbiti..

Atomi v tleh imajo običajno čim več neparnih elektronov. Ko vizualizirate ta proces, razmislite o tem, kako imajo elektroni enako obnašanje kot isti poli v magnetu, če pridejo v stik.

Ko negativno nabiti elektroni zapolnijo orbitale, se najprej poskušajo čim bolj oddaljiti od drugega, preden se morajo pariti (Hundova pravila, 2015).

Reference

  1. Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, 24. marec). Kvantne številke. Vzpostavljeno iz chem.libretexts.org.
  2. Načelo Aufbau. (2015, 3. junij). Vzpostavljeno iz chem.libretexts.org.
  3. Elektronske konfiguracije in lastnosti atomov. (S.F.). Vzpostavljeno iz oneonta.edu.
  4. Enciklopedija Britannica. (2011, 7. september). Elektronska konfiguracija. Izterjal iz britannica.com.
  5. Helmenstine, T. (2017, 7. marec). Načelo Aufbau - elektronska struktura in načelo Aufbau. Vzpostavljeno iz thoughtco.com.
  6. Hundova pravila. (2015, 18. julij). Vzpostavljeno iz chem.libretexts.org.
  7. Spektroskopski zapis. (S.F.). Vzpostavljeno iz bcs.whfreeman.com.