TechCodeview

Elektroniskā konfigurācija

The elektronu sadalījumu atomā vai molekulā sauc par tā “elektronisko konfigurāciju”, kas nosaka elektronu aizņemtos enerģijas līmeņus un orbitāles. Elementa atomskaitlis, kas ir līdzvērtīgs protonu skaitam atoma kodolā, nosaka elementa elektronisko konfigurāciju.

Elektronu daudzumu katrā apvalkā un apakščaulā parasti attēlo ar ciparu un burtu secību, piemēram, 1s 2s²2p⁶, aprakstot atoma elektronisko konfigurāciju. Galvenais kvantu skaitlis, kas korelē ar elektrona enerģijas līmeni vai apvalku, tiek attēlots ar pirmo skaitli secībā. Leņķiskā impulsa kvantu skaitlis nosaka, kurš burts aiz galvenā kvantu skaitļa apzīmē elektrona apakšapvalku vai orbitāli.

Atoma elektroniskās konfigurācijas attēlošanai var izmantot arī orbitālo diagrammu vai elektronu apvalka diagrammu, kas parāda elektronu izvietojumu atoma enerģijas līmeņos un orbitālēs. Katru orbitāli orbītas diagrammā simbolizē kaste vai aplis, un katru elektronu simbolizē bultiņa, kas virzās uz augšu vai uz leju, lai apzīmētu tā spinu.

Atoma elektroniskajai struktūrai ir nozīmīga loma daudzu elementa ķīmisko un fizikālo īpašību noteikšanā. Piemēram, atoma reaktivitāti, saistīšanas īpašības un spēju piedalīties ķīmiskajās reakcijās ietekmē tā elektronu daudzums un izvietojums. Enerģijas daudzumu, kas nepieciešams elektrona izdalīšanai no atoma, sauc par tā jonizācijas enerģiju, ko nosaka arī atoma elektroniskā konfigurācija.

Elementa atrašanās vietu periodiskajā tabulā, kas ir elementu saraksts, kas sakārtots augošā atomu skaita secībā, var arī paredzēt, izmantojot elementa elektronisko konfigurāciju. Periodiskā tabula grupē elementus, kuriem ir salīdzināmas elektroniskās konfigurācijas un līdzvērtīgas īpašības.

Pauli izslēgšanas princips, kas apgalvo, ka diviem elektroniem atomā nevar būt vienāda kvantu skaitļu kopa, nosaka atoma elektronisko konfigurāciju. Attiecīgi katram atoma elektronam ir jāapdzīvo atšķirīgs enerģijas līmenis un orbitāle, un katra orbitāle var uzņemt tikai elektronu pāri ar pretēju spinu.

java salīdzināms

Lai tieši noteiktu atoma elektronisko konfigurāciju, var izmantot dažādas spektroskopiskās metodes. Piemēram, atoma elektrisko konfigurāciju tā pamatstāvoklī var noteikt, izmantojot elementa emisijas spektru, un elektronu enerģijas līmeņus atomā var noteikt, izmantojot elementa absorbcijas spektru.

Noslēgumā jāsaka, ka atoma elektroniskā konfigurācija ir tā struktūras pamatkomponents un ietekmē vairākas tā ķīmiskās un fizikālās īpašības. Elementa atomskaitlis nosaka tā elektronisko konfigurāciju, ko var attēlot kā skaitļu un simbolu virkni, orbitālo diagrammu vai elektronu apvalka diagrammu. Pauli izslēgšanas princips, ko var eksperimentāli atrast, izmantojot spektroskopiskās metodes, nosaka atoma elektronisko konfigurāciju.

Elektroniskās konfigurācijas ir noderīgas:

• Elementa valences noteikšana.
• Elementu grupas īpašību prognozēšana (elementu ar līdzīgu elektronu konfigurāciju īpašības bieži ir identiskas).
• Atomu spektra analīze.

Kā uzrakstīt elektronisku konfigurāciju

Čaumalas

Pamatojoties uz galveno kvantu skaitli, var aprēķināt lielāko elektronu skaitu, kas var ietilpt apvalkā (n). Formula tam ir 2n², kur n ir čaulas numurs. Tālāk esošajās tabulās ir norādīti apvalki, n vērtības un kopējais elektronu skaits, kas var ietilpt.

Apakščaulas

• Azimutālais kvantu skaitlis (apzīmēts ar burtu 'l') nosaka apakščaulas, kurās elektroni tiek sadalīti.
• Galvenā kvantu skaitļa vērtība n nosaka šī kvantu skaitļa vērtību. Rezultātā ir četras atšķirīgas apakščaulas, kas var pastāvēt, ja n ir vienāds ar 4.
• Kad n=4. Apakščaulas s, p, d un f ir attiecīgie apakščaulas l=0, l=1, l=2 un l=3.
• Vienādojums 2*(2l+1) norāda, cik elektronu apakščaula var saturēt savā maksimālajā ietilpībā.
• Tāpēc lielākais elektronu skaits, kas var ietilpt s, p, d un f apakščaulās, ir attiecīgi 2, 6, 10 un 14.

Apzīmējums

• Izmantojot apakščaulas etiķetes, tiek aprakstīta atoma elektronu konfigurācija. Šīs etiķetes ietver apakščaulas numuru un čaulas numuru, ko nosaka galvenais kvantu skaitlis.
• apzīmējums (ko nodrošina azimutālais kvantu skaitlis) un augšindeksā – kopējais elektronu skaits apakščaulā.
• Piemēram, apzīmējums būtu “1²' ja pirmā apvalka s apakščaulā būtu divi elektroni.
• Alumīnija elektronu konfigurāciju (atomskaitlis 13) var izteikt kā 1s²2s²2p⁶3s²3p¹izmantojot šīs apakščaulas etiķetes.

Atomu orbitāļu aizpildīšanai tiek izmantots Aufbau princips, Pauli izslēgšanas princips un Hunda likums. Šīs vadlīnijas palīdz izlemt, kā elektroni aizņem pieejamās orbitāles.

Struktūras princips:

Saskaņā ar Aufbau principu elektroni aizņem orbitāles enerģijas pieauguma virzienā. Tas norāda, ka pirms augstākas enerģijas orbitāļu piepildīšanas elektroni vispirms aizpildīs zemākas enerģijas orbitāles. Periodisko tabulu var izmantot, lai secīgi noteiktu orbitāļu enerģijas līmeņus. Orbitāļu etiķetes ir burtu un ciparu kombinācija: burts apzīmē orbītas formu vai apakšapvalku (s, p, d, f), un cipars apzīmē galveno kvantu skaitli (n), kas nosaka orbītas enerģijas līmeni. orbitālā.

Pauli izslēgšanas princips:

Saskaņā ar Pauli izslēgšanas principu atomā diviem elektroniem nevar būt vienāda četru kvantu skaitļu kopa (n, l, ml un ms). Lielākais elektronu skaits, kas var ietilpt katrā orbitālē, ir divi, un tiem jābūt pretējiem spiniem.

pastnieks

Suņa noteikums:

Saskaņā ar Hunda likumu, elektroni vispirms apdzīvos atsevišķas orbitāles ar vienādu griešanos, piepildot deģenerētas orbitāles (orbitāles ar tādu pašu enerģiju). Attiecīgi elektroni deģenerētās orbitālēs pastāvīgi mēģinās maksimāli palielināt savu kopējo spinu.

Izmantojot šos principus, var noteikt atomu orbitāļu piepildīšanas secību.

Orbitāles tiek aizpildītas šādā secībā:

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p un tā tālāk
• Kā piemēru ņemiet oglekļa iekraušanu, lai to parādītu (atomskaitlis 6). Ogleklī atrodas seši elektroni, un tie aizņems pieejamās orbitāles iepriekš aprakstītajā veidā.
• 1s orbitāli aizpildīs pirmie divi elektroni. 2s orbitāli aizpildīs nākamie divi elektroni. Divas no trim iespējamajām 2p orbitālēm aizņems pa vienam elektronam un atlikušie divi elektroni. Ogleklim tagad ir elektronu struktūra 1s²2s²2p².

Noslēgumā jāsaka, ka Aufbau princips, Pauli izslēgšanas princips un Hunda likums kontrolē to, kā atomu orbitāles piepildās. Katram elementam ir atšķirīga elektronu konfigurācija šo noteikumu rezultātā, kas palīdz noteikt secību, kādā elektroni aizņem pieejamās orbitāles.

Pirmo 30 elementu elektroniskā konfigurācija atomu skaita pieauguma secībā:

Šeit ir daži no iemesliem, kāpēc elektroniskā konfigurācija ir būtiska:

1. Ķīmiskā reaģētspēja

Atoma ķīmisko reakciju nosaka tā elektroniskā konfigurācija. Elektroniskā konfigurācija izraisa reakcijas starp elementiem, kas izraisa savienojumus. Tas, cik viegli atoms var iegūt, zaudēt vai dalīties ar elektroniem, lai izveidotu ķīmiskas saites ar citiem atomiem, ir atkarīgs no elektronu skaita un izvietojuma visattālākajā enerģijas līmenī, kas pazīstams kā valences apvalks. Piemēram, lai panāktu stabilu konfigurāciju, elementi ar vienu vai diviem elektroniem attālākajā apvalkā mēdz zaudēt šos elektronus, turpretim elementi ar pieciem, sešiem vai septiņiem elektroniem attālākajā apvalkā mēdz iegūt šos elektronus. Tas palīdz paredzēt savienojumu veidus, ko var radīt dažādi elementi.

2. Līmēšanas īpašības

Ķīmisko saišu veidus, kas var veidoties starp atomiem, nosaka arī to elektroniskā konfigurācija. Kovalentās saites parasti veidojas starp atomiem ar salīdzināmu elektronisko konfigurāciju, bet jonu saites parasti veidojas starp atomiem ar dažādu konfigurāciju. Izveidoto ķīmisko saišu intensitāti un stabilitāti ietekmē arī elektroniskā konfigurācija. Piemēram, četri valences elektroni oglekļa atoma elektroniskajā konfigurācijā ļauj tam veidot stabilas kovalentās saites ar citiem oglekļa atomiem, kā rezultātā veidojas daudz dažādu organisko savienojumu.

3. Fizikālās īpašības

Elementa fizikālās īpašības, piemēram, tā kušanas un viršanas punktus, blīvumu un vadītspēju, ietekmē arī tā elektroniskā struktūra. Elektronu skaits un to izvietojums valences apvalkā nosaka atomu mijiedarbības stiprumu, kas ietekmē elementa fizisko uzvedību. Piemēram, tā kā to brīvie elektroni spēj viegli pārvietoties un vadīt elektrību, metāliem ir augsta elektriskā un siltuma vadītspēja.

masīvu saraksts sakārtots

4. Periodiskās tendences

Periodiskā tabula ir sakārtota, izmantojot periodiskas tendences, jo tās pamatā ir atomu elektroniskā struktūra. Regulāri elementu īpašību dispersijas modeļi periodiskajā tabulā tiek saukti par periodiskām tendencēm. Lai izprastu šīs tendences, var izmantot izmaiņas atomu elektroniskajā konfigurācijā un to ietekmi uz elementu izmēru, reaktivitāti un savienojuma īpašībām.

Rezumējot, zināšanas par atoma elektronisko konfigurāciju ir nepieciešamas, lai izprastu gan tā molekulārās, gan fizikālās īpašības. Tas ir būtiski, lai prognozētu elementa ķīmisko uzvedību un spēju kombinēties ar citiem elementiem, veidojot savienojumus. Elektroniskās konfigurācijas izpratne palīdz arī izskaidrot periodiskos modeļus un elementu īpašību atšķirības periodiskajā tabulā.