TechCodeview

Електронна конфігурація

The розподіл електронів всередині атома або молекули називають його «електронною конфігурацією», який визначає енергетичні рівні та орбіталі, які займають електрони. Атомний номер елемента, який еквівалентний числу протонів у ядрі атома, визначає електронну конфігурацію елемента.

Кількість електронів у кожній оболонці та підоболонці зазвичай представлено послідовністю цифр і літер, наприклад 1s 2s²2п⁶, при описі електронної конфігурації атома. Головне квантове число, яке корелює з енергетичним рівнем або оболонкою електрона, представлене першим числом у послідовності. Квантове число кутового моменту визначає, яка буква після головного квантового числа позначає субоболонку або орбіталь електрона.

в

Орбітальну діаграму або діаграму електронної оболонки, яка показує розташування електронів на енергетичних рівнях і орбіталях атома, також можна використовувати для зображення електронної конфігурації атома. Кожна орбіталь на орбітальній діаграмі позначена квадратом або колом, а кожен електрон позначений стрілкою, що йде вгору або вниз, щоб позначити його обертання.

Електронна структура атома відіграє значну роль у визначенні багатьох хімічних і фізичних характеристик елемента. Наприклад, реакційна здатність атома, характеристики зв’язку та здатність брати участь у хімічних реакціях залежать від кількості та розташування його електронів. Кількість енергії, необхідної для виділення електрона з атома, називається енергією іонізації, яка також визначається електронною конфігурацією атома.

Розташування елемента в періодичній таблиці, яка є списком елементів, розташованих у порядку зростання атомного номера, також можна передбачити за допомогою електронної конфігурації елемента. Періодична таблиця групує разом елементи, які мають порівнянну електронну конфігурацію та еквівалентні властивості.

Принцип виключення Паулі, який стверджує, що два електрони в атомі не можуть мати однаковий набір квантових чисел, визначає електронну конфігурацію атома. Відповідно, кожен електрон в атомі повинен жити на певному енергетичному рівні та орбіталі, і кожна орбіталь може вмістити лише пару електронів із протилежним спіном.

Для безпосереднього встановлення електронної конфігурації атома можна використовувати різні спектроскопічні методи. Наприклад, електричну конфігурацію атома в його основному стані можна визначити за допомогою спектра випромінювання елемента, а рівні енергії електронів в атомі можна визначити за допомогою спектра поглинання елемента.

Підсумовуючи, електронна конфігурація атома є основним компонентом його структури і впливає на ряд його хімічних і фізичних характеристик. Атомний номер елемента визначає його електронну конфігурацію, яка може бути показана у вигляді ряду чисел і символів, орбітальної діаграми або діаграми електронної оболонки. Принцип виключення Паулі, який можна експериментально знайти за допомогою спектроскопічних методів, визначає електронну конфігурацію атома.

Електронні конфігурації корисні для:

• Визначення валентності елемента.
• Прогнозування групи характеристик елементів (Властивості елементів з подібною електронною конфігурацією часто ідентичні).
• Аналізуючи атомний спектр.

Як написати електронну конфігурацію

Раковини

На основі головного квантового числа можна обчислити найбільшу кількість електронів, які можуть поміститися в оболонці (n). Його формула 2n², де n – номер оболонки. У таблицях нижче наведено оболонки, значення n і загальну кількість електронів, які можуть поміститися.

Підоболонки

• Азимутальне квантове число (позначене літерою 'l') визначає підоболонки, на які поділяються електрони.
• Значення головного квантового числа n визначає значення цього квантового числа. У результаті є чотири окремі підоболонки, які можуть існувати, коли n дорівнює 4.
• При n=4. Підоболонки s, p, d і f є відповідними підоболонками для l=0, l=1, l=2 і l=3 відповідно.
• Рівняння 2*(2l+1) визначає, скільки електронів може утримувати підоболонка у своїй максимальній ємності.
• Таким чином, найбільша кількість електронів, які можуть поміститися в s, p, d і f підоболонки, становить 2, 6, 10 і 14 відповідно.

Позначення

• За допомогою підоболонкових міток описується електронна конфігурація атома. Ці мітки включають номер підоболонки та номер оболонки, який визначається головним квантовим числом.
• позначення (забезпечене азимутальним квантовим числом) і, у верхньому індексі, загальна кількість електронів у підоболонці.
• Наприклад, позначення буде «1s».²' якщо в s-підоболонці першої оболонки було два електрони.
• Електронна конфігурація алюмінію (атомний номер 13) може бути виражена як 1s²2s²2п⁶3s²3п¹використовуючи ці мітки підоболонки.

Для заповнення атомних орбіталей використовуються принцип Ауфбау, принцип виключення Паулі та правило Хунда. Ці вказівки допомагають визначити, як електрони займають доступні орбіталі.

Принцип будови:

Відповідно до принципу Ауфбау електрони займають орбіталі в напрямку зростання енергії. Це вказує на те, що перш ніж заповнити орбіталі з більшою енергією, електрони спочатку заповнять орбіталі з нижчою енергією. Періодичну таблицю можна використовувати для визначення енергетичних рівнів орбіталей по порядку. Мітки для орбіталей являють собою комбінацію літер і цифр: літера позначає орбітальну форму або підоболонку (s, p, d, f), а цифра позначає головне квантове число (n), яке визначає енергетичний рівень орбіталі. орбітальний.

Принцип виключення Паулі:

Жодні електрони в атомі не можуть мати однакову сукупність чотирьох квантових чисел (n, l, ml і ms), відповідно до принципу виключення Паулі. Найбільша кількість електронів, які можуть поміститися на кожну орбіталь, становить два, і вони повинні мати протилежні спіни.

Собаче правило:

Згідно з правилом Хунда, електрони спочатку заселять окремі орбіталі з однаковим спіном, коли заповнять вироджені орбіталі (орбіталі з однаковою енергією). Відповідно, електрони на вироджених орбіталях постійно намагатимуться максимізувати свій загальний оберт.

іскра підручник

За допомогою цих принципів можна встановити порядок заповнення атомних орбіталей.

Орбіталі заповнюються в такому порядку:

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p і так далі
• Візьміть навантаження вуглецю як приклад, щоб продемонструвати це (атомний номер 6). У вуглеці присутні шість електронів, і вони займатимуть доступні орбіталі, як зазначено вище.
• 1s-орбіталь буде заповнена першими двома електронами. 2s-орбіталь буде заповнена наступними двома електронами. Дві з трьох можливих 2p-орбіталей будуть зайняті по одному електрону кожна двома електронами, що залишилися. Тепер вуглець має електронну структуру 1s²2s²2п².

Підсумовуючи, принцип Ауфбау, принцип виключення Паулі та правило Хунда контролюють, як заповнюються атомні орбіталі. Кожен елемент має різну конфігурацію електронів відповідно до цих правил, які допомагають визначити порядок, у якому електрони займають доступні орбіталі.

Електронна конфігурація перших 30 елементів у порядку зростання атомного номера:

Ось деякі з причин, чому електронна конфігурація є важливою:

1. Хімічна реакційна здатність

Хімічна реакція атома визначається його електронною конфігурацією. Електронна конфігурація є причиною реакцій між елементами, що призводять до утворення сполук. Наскільки легко атом може отримувати, втрачати або ділити електрони, щоб утворювати хімічні зв’язки з іншими атомами, залежить від кількості та розташування електронів на зовнішньому енергетичному рівні, відомому як валентна оболонка. Наприклад, щоб досягти стабільної конфігурації, елементи з одним або двома електронами на своїй зовнішній оболонці мають тенденцію втрачати ці електрони, тоді як елементи з п’ятьма, шістьма або сімома електронами на своїй зовнішній оболонці мають тенденцію придбати ці електрони. Це допомагає передбачити типи сполук, які можуть створювати різні елементи.

2. Склеювальні властивості

Види хімічних зв’язків, які можуть розвиватися між атомами, також визначаються їх електронною конфігурацією. Ковалентні зв’язки зазвичай утворюються між атомами з порівнянними електронними конфігураціями, тоді як іонні зв’язки зазвичай утворюються між атомами з різними конфігураціями. На інтенсивність і стабільність створюваних хімічних зв'язків також впливає електронна конфігурація. Наприклад, чотири валентні електрони в електронній конфігурації атома вуглецю дозволяють йому утворювати стабільні ковалентні зв’язки з іншими атомами вуглецю, що призводить до створення різноманітних органічних сполук.

3. Фізичні властивості

На фізичні характеристики елемента, такі як температури плавлення та кипіння, щільність і електропровідність, також впливає його електронна структура. Кількість електронів і те, як вони розташовані у валентній оболонці, визначає силу взаємодії атомів, яка впливає на фізичну поведінку елемента. Наприклад, оскільки їхні вільні електрони здатні легко рухатися та проводити електрику, метали мають високу електро- та теплопровідність.

4. Періодичні тренди

Періодична таблиця організована за допомогою періодичних тенденцій, оскільки вона заснована на електронній структурі атомів. Регулярні закономірності зміни властивостей елементів у періодичній таблиці називаються періодичними трендами. Зміни в електронній конфігурації атомів та їхній вплив на розмір, реакційну здатність і характеристики зв’язку елементів можна використовувати для розуміння цих тенденцій.

Підсумовуючи, знання електронної конфігурації атома необхідно для розуміння як його молекулярних, так і фізичних характеристик. Це важливо для прогнозування хімічної поведінки елемента та його здатності поєднуватися з іншими елементами для створення сполук. Розуміння електронної конфігурації також допомагає пояснити періодичні моделі та відмінності у властивостях елементів у періодичній таблиці.