Elektronsko konfiguracijo , ki se imenuje tudi elektronska struktura, je razporeditev elektronov v ravni energije okoli atomskega jedra. Po starem atomskem modelu Bohra elektroni zasedajo različne ravni v orbitah okoli jedra, od prve lupine, ki je najbližje jedru, K, do sedme lupine, Q, ki je najbolj oddaljeno od jedra.
Glede na bolj izpopolnjen kvantni mehanski model so lupine KQ razdeljene na niz orbitale, od katerih lahko zasede največ en par elektronov.
Običajno se elektronska konfiguracija uporablja za opisovanje orbitov atoma v njegovem osnovnem stanju, lahko pa ga uporabimo tudi za predstavljanje atoma, ki se je ioniziral v kation ali anion, s čimer kompenzira izgubo ali pridobitev elektronov v njunih orbitalah.
Številne fizikalne in kemijske lastnosti elementov je mogoče povezati z njihovimi edinstvenimi elektronskimi konfiguracijami. Valenčni elektroni, elektroni v najbolj oddaljeni lupini, so odločilni dejavnik za edinstveno kemijo elementa.
Osnove elektronskih konfiguracij
Pred dodelitvijo elektronov atoma na orbitale se je potrebno seznaniti z osnovami elektronskih konfiguracij. Vsak element periodične tabele je sestavljen iz atomov, ki so sestavljeni iz protonov, nevtronov in elektronov.
Elektroni imajo negativen naboj in jih najdemo okoli jedra atoma v orbitalah elektrona, ki so opredeljene kot prostornina prostora, v katerem najdemo elektron s 95% verjetnostjo.
Štiri različne vrste orbitale (s, p, d in f) imajo različne oblike, ena orbitala pa lahko zadrži največ dva elektrona. Orbitale p, d in f imajo različne podnaravnine, zato lahko zadržijo več elektronov.
Kot je navedeno, je elektronska konfiguracija vsakega elementa edinstvena glede na njegov položaj v periodični tabeli. Raven energije je določena z obdobjem, število elektronov pa z atomsko številko elementa.
Orbitale na različnih ravneh energije so podobne med seboj, vendar zasedajo različna območja v prostoru.
Orbita 1s in orbita 2s imata lastnosti orbitale (radialna vozlišča, verjetnost kroglaste prostornine, lahko vsebujejo le dva elektrona itd.). Ker pa so na različnih energetskih nivojih, zasedajo različne prostore okoli jedra. Vsako orbito lahko predstavljamo s posebnimi bloki na periodični tabeli.
Blok s je območje alkalnih kovin, vključno s helijem (skupini 1 in 2), blok d so prehodne kovine (skupine 3 do 12), blok p pa elementi glavne skupine skupin 13 do 18 , Blok f pa je serija lantanidov in aktinidov.
Slika 1: Elementi periodične tabele in njihova obdobja, ki se razlikujejo glede na energijsko raven orbitale.
Načelo Aufbau
Aufbau izvira iz nemške besede "Aufbauen", kar pomeni "graditi." V bistvu s pisanjem elektronskih konfiguracij gradimo elektronske orbitale, ko se premikamo od enega atoma do drugega.
Ko pišemo elektronsko konfiguracijo atoma, bomo polnili orbitale v naraščajočem zaporedju atomskega števila.
Načelo Aufbau izvira iz načela izključitve Pauli, ki pravi, da v atomu ni dveh fermion (npr. Elektronov). Lahko imajo enak nabor kvantnih števil, zato se morajo "zlagati" pri višjih ravneh energije.
Kako se elektroni kopičijo, je stvar elektronskih konfiguracij (Aufbau Principle, 2015).
Stabilni atomi imajo toliko elektronov kot protoni v jedru. Elektroni se zberejo okoli jedra v kvantnih orbitalah po štirih osnovnih pravilih, imenovanih Aufbau-ov princip.
- V atomu nista dva elektrona, ki bi si delila enaka štiri kvantna števila n, l, m in s.
- Elektroni bodo najprej zasedli orbite najnižje ravni energije.
- Elektroni bodo vedno zapolnili orbitale z isto vrtilno številko. Ko je orbitala polna, se bo začela.
- Elektroni bodo zapolnili orbitale s seštevkom kvantnih števil n in l. Orbitale z enakimi vrednostmi (n + l) bodo najprej napolnjene s spodnjimi n vrednostmi.
Drugo in četrto pravilo sta v osnovi enaki. Primer četrtega pravila je orbitala 2p in 3s.
Orbita 2p je n = 2 in l = 2 in 3s orbitala n = 3 in l = 1. (N + l) = 4 v obeh primerih, vendar ima 2p orbitalo najnižjo energijo ali najnižjo n-vrednost in se bo napolnila pred plast 3s.
Na srečo lahko Moellerjev diagram, prikazan na sliki 2, uporabimo za polnjenje elektronov. Graf se bere z izvajanjem diagonale od 1s.
Slika 2: Moellerjev diagram polnjenja elektronske konfiguracije.
Slika 2 prikazuje atomske orbitale, puščice pa sledijo naprej.
Zdaj, ko je znano, da je vrstni red orbital izpolnjen, je ostalo le, da si zapomnite velikost vsake orbitale.
S orbitala ima 1 možno vrednost m l, da vsebuje 2 elektrona
P orbitale imajo 3 možne vrednosti ml, da vsebujejo 6 elektronov
D orbitale imajo 5 možnih vrednosti μl, da zadržijo 10 elektronov
F orbitale imajo 7 možnih vrednosti m l za zadrževanje 14 elektronov
To je vse, kar je potrebno za določitev elektronske konfiguracije stabilnega atoma elementa.
Za primer vzemite element dušik. Dušik ima sedem protonov in zato sedem elektronov. Prva orbitala, ki jo zapolnimo, je orbita 1s.
Orbital s ima dva elektrona, zato je ostalo še pet elektronov. Naslednja orbitala je orbita 2s in vsebuje naslednji dve. Končni trije elektroni bodo šli v orbito 2p, ki lahko sprejme do šest elektronov (Helmenstine, 2017).
Pomen zunanje konfiguracije elektronov
Elektronske konfiguracije igrajo 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 izmed ključnih dejavnikov, ki vplivajo na atomske lastnosti, vključujejo velikost največjih zasedenih orbitalov, energijo višjeenergijskih orbitalov, število orbitalnih prostih mest in število elektronov v visokoenergetskih orbitalah.
Večina atomskih lastnosti je lahko povezana s stopnjo privlačnosti med najbolj oddaljenimi elektroni do jedra in številom elektronov v najbolj skrajni elektronski lupini, s številom valenčnih elektronov.
Elektroni zunanje lupine so tisti, ki lahko tvorijo kovalentne kemične vezi, so tisti, ki imajo sposobnost ionizacije, da tvorijo katione ali anione in so tisti, ki kemičnim elementom dajejo oksidacijsko stanje.
Določili bodo tudi atomski polmer. Ko se n poveča, se atomski polmer povečuje. Ko atom izgubi elektron, bo prišlo do krčenja atomskega polmera zaradi zmanjšanja negativnega naboja okoli jedra.
Elektroni zunanje lupine so tisti, ki jih upoštevajo teorija valenčnih vezi, teorija kristalnega polja in teorija molekularne orbitale za pridobitev lastnosti molekul in hibridizacije vezi.
Reference
- Načelo Aufbaua. (2015, 3. junij). Pridobljeno s strani chem.libretexts: chem.libretexts.org.
- Bozemanska znanost. (2013, Agoto 4). Konfiguracija elektronov. Vzeti z youtube: youtube.com.
- Elektronske konfiguracije in lastnosti atomov. (SF). Vzeto z oneonta.edu: oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7. septembra). Elektronska konfiguracija. Vzeto iz britannice: britannica.com.
- Faizi, S. (2016, 12. julij). Elektronske konfiguracije Vzeto iz chem.libretexts: chem.libretexts.org.
- Helmenstine, T. (2017, 7. marec). Načelo Aufbau - elektronska struktura in načelo Aufbau. Vzeto iz misli: misel.si.
- Khan, S. (2014, 8. junij). Valenčni elektroni in vezanje. Vzeti iz khanacademy: khanacademy.org.