Що таке зовнішня електронна конфігурація?



The електронної конфігурації, Також називається електронною структурою, є розташування електронів в енергетичних рівнях навколо атомного ядра.

Згідно з давньою атомною моделлю Бора, електрони займають кілька рівнів на орбітах навколо ядра, від першого шару, найближчого до ядра, K, до сьомого шару, Q, який є найбільш віддаленим від ядра..

З точки зору більш вишуканої квантово-механічної моделі, K-Q шари поділяються на набір орбіталей, кожен з яких може бути зайнятий не більше ніж однією парою електронів (Encyclopædia Britannica, 2011).

Зазвичай, для опису орбіталей атома в його основному стані використовується електронна конфігурація, але вона також може бути використана для представлення атома, який був іонізований в катіоні або аніоні, компенсуючи втрати або посилення електронів у відповідних орбіталях..

Багато фізичних і хімічних властивостей елементів можуть корелювати з їх унікальними електронними конфігураціями. Валентні електрони, електрони в зовнішньому шарі, є визначальним фактором для унікальної хімії елемента.

Основні поняття електронних конфігурацій

Перед призначенням електронів атома на орбіталі необхідно ознайомитися з основними поняттями електронних конфігурацій. Кожен елемент періодичної таблиці складається з атомів, які складаються з протонів, нейтронів і електронів.

Електрони виявляють негативний заряд і знаходяться навколо ядра атома в орбіталях електрона, що визначається як об'єм простору, в якому електрон можна знайти в межах 95% ймовірності..

Чотири різні типи орбіталей (s, p, d, f) мають різні форми, а орбітальна може містити максимум два електрони. Орбіталі p, d і f мають різні підрівні, тому вони можуть містити більше електронів.

Як зазначено, електронна конфігурація кожного елемента є унікальною для його положення в періодичній таблиці. Рівень енергії визначається періодом, а кількість електронів задається атомним номером елемента.

Орбіталі на різних рівнях енергії подібні один одному, але займають різні області в просторі.

1s орбітальна і орбітальна 2s мають характеристики орбітального s (радіальні вузли, сферичні ймовірності обсягу, вони можуть містити тільки два електрони і т.д.). Але, оскільки вони знаходяться в різних енергетичних рівнях, вони займають різні простори навколо ядра. Кожна орбіталь може бути представлена ​​конкретними блоками в періодичній таблиці.

Блок s є областю лужних металів, включаючи гелій (групи 1 і 2), блок d є перехідними металами (групи з 3 по 12), блок p є елементами основної групи з груп 13 по 18 \ t , А блок f - серія лантаноидов і актинидов (Faizi, 2016).

Рисунок 1: елементи періодичної таблиці та їх періоди, які змінюються залежно від рівнів енергії орбіталей.

Принцип Aufbau

Aufbau походить від німецького слова "Aufbauen", що означає "будувати". По суті, при написанні електронних конфігурацій ми будуємо електронні орбіталі при переході від одного атома до іншого.

Коли ми пишемо електронну конфігурацію атома, ми будемо заповнювати орбіталі в порядку зростання атомного номера.

Принцип Aufbau бере початок з принципу виключення Паулі, який говорить про відсутність двох ферміонів (наприклад, електронів) в атомі. Вони можуть мати один і той же набір квантових чисел, тому вони повинні «складати» на більш високих енергетичних рівнях.

Як накопичуються електрони є предметом електронних конфігурацій (Принцип Aufbau, 2015).

Стабільні атоми мають стільки електронів, скільки протони роблять в ядрі. Електрони збираються навколо ядра в квантових орбіталях, дотримуючись чотирьох основних правил, що називаються принципом Ауфбау.

  1. У атомі немає двох електронів, що мають однакові чотири квантові числа n, l, m, s.
  2. Електрони першими займуть орбіталі найменшого енергетичного рівня.
  3. Електрони завжди заповнюють орбіталі з однаковим числом спінів. Коли орбіталі будуть повні, він почнеться.
  4. Електрони заповнюють орбіталі сумою квантових чисел n і l. Орбіталі з рівними значеннями (n + l) будуть спочатку заповнюватися значеннями n нижче.

Другий і четвертий правила в основному однакові. Прикладом чотирьох правил можуть бути орбіталі 2p та 3s.

Орбіта 2p має n = 2 і l = 2, а орбітальна 3s n = 3 і l = 1. (N + l) = 4 в обох випадках, але орбітальна 2p має найменшу енергію або найменше значення n і буде заповнена до 3s шар.

На щастя, схема Moeller, показана на малюнку 2, може бути використана для заповнення електронів. Графік читається шляхом виконання діагоналей з 1s.

Рисунок 2: Схема Меллера заповнення електронної конфігурації.

На рис. 2 зображені атомні орбіталі, а стрілки слідують шляху.

Тепер, коли відомо, що порядок орбіталей повний, залишається лише запам'ятати розмір кожної орбіталі.

S орбіталі мають 1 можливе значення ml містити 2 електрони

P орбіталі мають 3 можливих значення ml містити 6 електронів

D орбіталі мають 5 можливих значень ml містити 10 електронів

F орбіталі мають 7 можливих значень ml містити 14 електронів

Це все, що необхідно для визначення електронної конфігурації стабільного атома елемента.

Наприклад, беруть азотний елемент. Азот має сім протонів і, отже, сім електронів. Першою орбіталлю для заповнення є орбіталь 1s.

Орбіталь має два електрони, тому залишається п'ять електронів. Наступна орбітальна орбіта 2s і містить наступні дві. Три кінцевих електрона підуть на орбіталь 2р, яка може містити до шести електронів (Helmenstine, 2017).

Важливість зовнішньої електронної конфігурації

Електронні конфігурації відіграють важливу роль у визначенні властивостей атомів.

Всі атоми однієї групи мають однакову зовнішню електронну конфігурацію, за винятком атомного числа n, тому вони мають подібні хімічні властивості.

Деякі з ключових факторів, що впливають на атомні властивості, включають розмір найбільших зайнятих орбіталей, енергію вищих енергетичних орбіталей, кількість орбітальних вакансій і кількість електронів у вищих енергетичних орбіталях (електронні конфігурації та Властивості атомів, SF).

Більшість атомних властивостей можуть бути пов'язані зі ступенем тяжіння між електронами, більш зовнішніми по відношенню до ядра, і кількістю електронів у зовнішньому шарі електрона, числом валентних електронів.

Електронами зовнішнього шару є ті, які можуть утворювати ковалентні хімічні зв'язки, є ті, які мають здатність іонізуватися до утворення катіонів або аніонів і є такими, які дають стан окислення до хімічних елементів (Khan, 2014)..

Вони також будуть визначати атомний радіус. При збільшенні n збільшується атомний радіус. Коли атом втрачає електрон, відбудеться скорочення атомного радіуса через зменшення негативного заряду навколо ядра.

Електрони зовнішнього шару - це ті, які враховуються теорією валентних зв'язків, теорією кристалічного поля і теорією молекулярної орбіти для отримання властивостей молекул і гібридизації зв'язків (Bozeman Science, 2013)..

Список літератури

  1. Принцип Aufbau. (2015, 3 червня). Отримано з chem.libretexts: chem.libretexts.org.
  2. Наука Бозман. (2013, Agoto 4). Електронна конфігурація. Взяті з youtube: youtube.com.
  3. Електронні конфігурації та властивості атомів. (S.F.). Взяті з oneonta.edu: oneonta.edu.
  4. Енциклопедія Британіка. (2011, 7 вересня). Електронна конфігурація. Взяті з Британії: britannica.com.
  5. Faizi, S. (2016, 12 липня). Електронні конфігурації. Взяті з chem.libretexts: chem.libretexts.org.
  6. Helmenstine, T. (2017, 7 березня). Принцип Aufbau - електронна структура і принцип Aufbau. Взяті з thoughtco: thoughtco.com.
  7. Хан, С. (2014, 8 червня). Валентні електрони і зв'язування. Взяті з ханакадемії: khanacademy.org.