Az elektronikus konfiguráció, amelyet elektronikus szerkezetnek is neveznek, az elektronok elrendezése egy atommag körül az energiaszintekben. A régi Bohr atommodell szerint az elektronok különféle szinteket foglalnak el a mag körül keringő pályákon, a K atommaghoz legközelebbi első héttól a Q hetedik héjig, amely a legtávolabb van a magtól.
A kifinomultabb kvantummechanikai modell szempontjából a KQ-héjakat orbitális csoportokra osztják fel, amelyek mindegyikében csak egy elektron-pár lehet elfoglalva.
Általában az elektronkonfigurációt egy atom keringési pontjainak leírására használják, de felhasználhatók egy kationba vagy anionba ionizált atomok ábrázolására is, ezzel kompenzálva az elektronok veszteségét vagy nyereségét a megfelelő pályájukon.
Az elemek sok fizikai és kémiai tulajdonsága összekapcsolható azok egyedi elektronikus konfigurációjával. A valencia elektronok, a legkülső héjban levő elektronok a meghatározó tényezője az elem egyedi kémiájának.
Az elektronkonfiguráció alapjai
Mielőtt hozzárendelnék egy atom elektronjait az orbitálisokhoz, meg kell ismerkednünk az elektronkonfiguráció alapjaival. A periódusos rendszer minden eleme atomokból áll, amelyeket protonok, neutronok és elektronok alkotnak.
Az elektronok negatív töltést mutatnak, és az atommag körül az elektron keringőpontjain találhatók, azaz a tér térfogata, amelyben az elektron 95% -os valószínűséggel megtalálható.
A négy különféle típusú pálya (s, p, d és f) különböző alakú, és egy pálya maximum két elektronot képes tartani. A p, d és f orbitalok különböző alszintekkel rendelkeznek, így több elektronot tudnak tartani.
Mint jeleztük, az egyes elemek elektronkonfigurációja egyedi a pozíciójában a periódusos rendszerben. Az energiaszintet az időszak határozza meg, és az elektronok számát az elem atomszáma adja meg.
A különféle energiaszintű pályák hasonlóak egymáshoz, ám az űrben különböző területeket foglalnak el.
Az 1s és a 2s körüli orbitálnak van egy orbitális tulajdonsága (radiális csomópontok, gömb térfogat valószínűségek, csak két elektronot tartalmazhatnak stb.). Mivel azonban különböző energiaszinteken vannak, eltérő tereket foglalnak el a mag körül. Mindegyik pályát a periodikus táblában meghatározott blokkokkal lehet ábrázolni.
S blokk az alkálifémek régiója, beleértve a héliumot (1. és 2. csoport), d blokk az átmeneti fémeket (3–12. Csoport), p blokk a 13–18. Csoport fő csoportjának elemei, És az f blokk a lantanid és aktinid sorozat.
1. ábra: A periódusos rendszer elemei és periódusai, amelyek az orbitális energiától függően változnak.
Az Aufbau-elv
Az Aufbau a német "Aufbauen" szóból származik, ami azt jelenti, hogy "építeni". Alapvetően az elektronkonfigurációk írásával elektronpályákat építünk, amikor az egyik atomról a másikra mozogunk.
Amikor egy atom elektronkonfigurációját írjuk, az orbitákat az atomszám növekvő sorrendjében töltjük ki.
Az Aufbau elv a Pauli kizárási elvből származik, amely szerint egy atomban nincs két fermion (pl. Elektronok). Ugyanaz a kvantumszám-halmaz lehet, tehát magasabb energiaszinteken kell „egymásra rakniuk”.
Az elektronok felhalmozódása az elektronkonfiguráció kérdése (Aufbau Principle, 2015).
A stabil atomoknak annyi elektronja van, mint a protonoknak a magban. Az elektronok a mag körül kvantum-pályákban gyűlnek össze, az Aufbau-elvnek nevezett négy alapszabály szerint.
- Az atomban nincsenek két elektron, amelyek ugyanazon négy kvantumszámmal rendelkeznek: n, l, m és s.
- Az elektronok először a legalacsonyabb energiaszintű pályákat veszik fel.
- Az elektronok mindig ugyanazzal a centrifugálási számmal töltik meg az orbitákat. Amikor az orbitálisok megtelnek, akkor elindul.
- Az elektronok az n és l kvantumszám összegével tölti meg az orbitálokat. Az (n + l) egyenlő értékű pályákat először az alsó n értékkel kell kitölteni.
A második és a negyedik szabály alapvetően ugyanaz. A negyedik szabályra példa a 2p és a 3s pálya.
A 2p-es pálya n = 2 és l = 2, a 3s-os pálya pedig n = 3 és l = 1. (N + l) = 4 mindkét esetben, de a 2p-es pályára a legalacsonyabb az energia vagy a legalacsonyabb n-érték, és a 3s réteg.
Szerencsére a 2. ábrán látható Moeller-diagram felhasználható az elektronok kitöltésére. A grafikon leolvasása az 1-es átlagokat futtatja.
2. ábra: Az elektronkonfiguráció kitöltésének Moeller diagramja.
A 2. ábra az atomi pályákra mutat, és a nyilak követik az előrehaladást.
Most, hogy tudjuk, hogy kitér az orbitális sorrend, az egyetlen dolog, hogy megjegyezze az egyes pályák méretét.
Az S orbitálok 1 lehetséges m l értékével 2 elektronot tartalmazhatnak
A P orbitáloknak 3 lehetséges ml értéke van, amely 6 elektronot tartalmaz
A D orbitáloknak 5 lehetséges μl- értéke van, hogy 10 elektronot tartsanak
Az F pályák 7 lehetséges m l értékkel rendelkeznek, hogy 14 elektronot tartsanak
Ez minden, amire szükség van az elem stabil atomjának elektronikus konfigurációjának meghatározásához.
Vegyük például a nitrogént. A nitrogénnek hét protonja van, tehát hét elektronja. Az első kitöltendő pálya az 1s pálya.
Egy s pályán két elektron van, tehát öt elektron maradt. A következő keringő pálya a 2s keringő, és tartalmazza a következő kettőt. Az utolsó három elektron a 2p pályára kerül, amely akár hat elektronot képes tárolni (Helmenstine, 2017).
A külső elektronkonfiguráció fontossága
Az elektronkonfigurációk fontos szerepet játszanak az atomok tulajdonságainak meghatározásában.
Ugyanazon csoport összes atomjának ugyanaz a külső elektronikus konfigurációja van, kivéve az n atomszámot, ezért hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek.
Az atomi tulajdonságokat befolyásoló kulcsfontosságú tényezők közé tartozik a legnagyobb elfoglalt pálya nagysága, a nagyobb energiájú pályák energiája, a keringési pályák száma és az elektronok száma a nagyobb energiájú pályákon.
A legtöbb atomi tulajdonság összefügghet a legmagasabb atommaghoz való elektron vonzódás mértékével és a legkülső elektronhéjban levő elektronok számával, a valencia elektronok számával.
A külső héj elektronjai képesek kovalens kémiai kötéseket képezni, ők képesek ionizálni kationok vagy anionok kialakulására, és ezek biztosítják a kémiai elemek oxidációs állapotát.
Meg fogják határozni az atom sugarat is. Ahogy n növekszik, az atomi sugara növekszik. Amikor egy atom elveszít egy elektronot, akkor az atom sugara összehúzódik, mivel a mag körül negatív töltés csökken.
A külső héj elektronjait figyelembe vesszük a valenciakötési elméletben, a kristálymező elméletben és a molekuláris orbitális elméletben a molekulák tulajdonságainak és a kötések hibridizációinak a meghatározása céljából.
Irodalom
- Az Aufbau-elv. (2015, június 3). A (z) chem.libretexts lapból származik: chem.libretexts.org.
- Bozeman Science. (2013, Agoto 4). Elektronkonfiguráció. A YouTube-ról: youtube.com.
- Elektronkonfigurációk és az atomok tulajdonságai. (SF). Az oneonta.edu oldalról: oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, szeptember 7). Elektronikus konfiguráció. A britannica-tól: britannica.com.
- Faizi, S. (2016, július 12.). Elektronikus konfigurációk. A chem.libretexts-ből származik: chem.libretexts.org.
- Helmenstine, T. (2017, március 7.). Az Aufbau elv - elektronikus felépítés és az Aufbau elv. A gondolatból vett: gondolat.com.
- Khan, S. (2014, június 8.). Valencia elektronok és kötés. A khanacademy-ből származik: khanacademy.org.