Čo je to spektrálna notácia?
spektrálna notácia aleboElektronická konfigurácia je usporiadanie elektrónov v hladinách energie okolo jadra atómu.
Z hľadiska rafinovanejšieho kvantového mechanického modelu sú vrstvy K-Q rozdelené na súbor orbitálov, z ktorých každý môže byť obsadený nie viac ako jedným párom elektrónov (Encyclopædia Britannica, 2011)..
Bežne sa elektronická konfigurácia používa na opis orbitálov atómu v jeho základnom stave, ale môže sa tiež použiť na reprezentáciu atómu, ktorý bol ionizovaný v katióne alebo anióne, pričom kompenzuje stratu alebo zisk elektrónov v ich príslušných orbitaloch..
Mnohé fyzikálne a chemické vlastnosti prvkov môžu korelovať s ich jedinečnými elektronickými konfiguráciami.
Valenčné elektróny, elektróny v najvzdialenejšej vrstve, sú určujúcim faktorom jedinečnej chémie prvku (Electron Configurations a Properties of Atoms, S.F.).
Keď elektróny v najvzdialenejšej vrstve atómu prijímajú energiu nejakého druhu, presúvajú sa do vyšších energetických vrstiev. Takže elektron vo vrstve K sa prenesie do vrstvy L, pričom je vo vyššom energetickom stave.
Keď sa elektrón vráti do svojho základného stavu, uvoľní energiu, ktorú absorbuje, emitovaním elektromagnetického spektra (svetla). Pretože každý atóm má špecifickú elektronickú konfiguráciu, bude mať tiež špecifické spektrum, ktoré bude nazývané absorpčné (alebo emisné) spektrum..
Z tohto dôvodu sa termín spektrálna notácia používa na označenie elektronickej konfigurácie (Spectroscopic Notation, S.F.)..
Ako určiť spektrálnu notáciu: kvantové čísla
Súčet štyroch kvantových čísel sa používa na úplné opísanie pohybu a trajektórií každého elektrónu v atóme.
Kombinácia všetkých kvantových čísel všetkých elektrónov v atóme je opísaná vlnovou funkciou, ktorá zodpovedá Schrödingerovej rovnici. Každý elektrón v atóme má jedinečný súbor kvantových čísel.
Podľa Pauliho vylučovacieho princípu nemôžu dva elektróny zdieľať rovnakú kombináciu štyroch kvantových čísel.
Kvantové čísla sú dôležité, pretože môžu byť použité na určenie elektronickej konfigurácie atómu a pravdepodobného umiestnenia elektrónových atómov.
Kvantové čísla sa tiež používajú na určenie iných charakteristík atómov, ako je ionizačná energia a atómový polomer.
Kvantové čísla označujú špecifické mušle, podvrstvy, orbitály a elektrónové zvraty.
To znamená, že úplne opíšu charakteristiky elektrónu v atóme, to znamená, že opisujú každé jedinečné riešenie Schrödingerovej rovnice alebo vlnovej funkcie elektrónov v atóme..
Existujú celkom štyri kvantové čísla: hlavné kvantové číslo (n), kvantové číslo hybnosti orbitálneho momentu (l), magnetické kvantové číslo (ml) a kvantové číslo rotácie elektrónu (ms).
Hlavné kvantové číslo, nn, opisuje energiu elektrónu a najpravdepodobnejšiu vzdialenosť elektrónu od jadra. Inými slovami, ide o veľkosť orbitálu a úroveň energie, pri ktorej je elektrón umiestnený.
Počet podvrstiev alebo ll opisuje tvar orbitálu. Môže sa tiež použiť na určenie počtu uhlových uzlov.
Magnetické kvantové číslo, ml, opisuje hladiny energie v podvrstve a ms označuje spin na elektróne, ktorý môže byť hore alebo dole (Anastasiya Kamenko, 2017).
Princíp Aufbau
Aufbau pochádza z nemeckého slova "Aufbauen", čo znamená "stavať". Pri písaní elektrónových konfigurácií v podstate budujeme elektrónové orbitály, keď sa pohybujeme z jedného atómu na druhý.
Keď píšeme elektronickú konfiguráciu atómu, naplníme orbitály v rastúcom poradí atómového čísla.
Princíp Aufbau pochádza z Pauliho vylučovacieho princípu, ktorý hovorí, že v atóme nie sú žiadne dve fermióny (napr. Elektróny)..
Môžu mať rovnaký počet kvantových čísel, takže sa musia "vyrovnať" pri vyšších úrovniach energie. Ako sa akumulujú elektróny, je predmetom elektrónových konfigurácií (Aufbauov princíp, 2015).
Stabilné atómy majú toľko elektrónov ako protóny v jadre. Elektróny sa zhromažďujú okolo jadra v kvantových orbitaloch podľa štyroch základných pravidiel nazývaných princíp Aufbau.
- V atóme nie sú žiadne dva elektróny, ktoré zdieľajú rovnaké štyri kvantové čísla n, l, m a s.
- Najprv elektróny obsadí orbitály s najnižšou úrovňou energie.
- Elektrony vždy naplnia orbitály rovnakým číslom spinov. Keď sú orbitály plné, začne.
- Elektrony naplnia orbitály súčtom kvantových čísel n a l. Orbitály s rovnakými hodnotami (n + l) sa naplnia najskôr hodnotami n nižšie.
Druhé a štvrté pravidlá sú v podstate rovnaké. Príkladom pravidla štyri by boli orbitály 2p a 3s.
2p orbitál je n = 2 a l = 2 a 3s orbitál je n = 3 a l = 1. (N + l) = 4 v oboch prípadoch, ale 2p orbital má najnižšiu energiu alebo najnižšiu hodnotu n a bude vyplnený pred 3s vrstva.
Našťastie Moellerov diagram znázornený na obrázku 2 môže byť použitý na naplnenie elektrónov. Graf sa číta vykonaním uhlopriečok od 1s.
Obrázok 2 ukazuje atómové orbity a šípky nasledujú cestu, ktorou sa majú riadiť.
Teraz, keď je známe, že poradie orbitálov je plné, jediné, čo zostáva, je zapamätať si veľkosť každého orbitálu.
S orbitály majú 1 možnú hodnotu ml obsahujú 2 elektróny
P orbitály majú 3 možné hodnoty ml obsahujú 6 elektrónov
D orbitály majú 5 možných hodnôt ml obsahovať 10 elektrónov
F orbitály majú 7 možných hodnôt ml obsahovať 14 elektrónov
To je všetko, čo je potrebné na určenie elektronickej konfigurácie stabilného atómu prvku.
Odoberte napríklad dusíkový prvok. Dusík má sedem protónov a teda sedem elektrónov. Prvý orbitál na vyplnenie je orbitál 1s. Orbitál má dva elektróny, takže zostáva päť elektrónov.
Ďalším orbitálom je orbitál 2s a obsahuje ďalšie dve. Tri konečné elektróny pôjdu na orbitál 2p, ktorý môže obsahovať až šesť elektrónov (Helmenstine, 2017).
Pravidlá Hund
Sekcia Aufbau diskutovala o tom, ako elektróny najprv vyplnia nižšie energetické orbity a potom sa presunú k vyšším energetickým orbitálom až potom, keď sú nižšie energetické orbity..
Existuje však problém s týmto pravidlom. Iste, orbitály 1s musia byť naplnené pred dvomi orbitálmi, pretože orbitály 1s majú nižšiu hodnotu n, a teda nižšiu energiu..
A tri rôzne 2p orbitály? V akom poradí by mali byť obsadené? Odpoveď na túto otázku sa týka Hundovho pravidla.
Hundove pravidlo uvádza, že:
- Každý orbitál na podúrovni je obsadený jednotlivo predtým, ako je akákoľvek orbitálna dráha dvojnásobne obsadená.
- Všetky elektróny v jednotlivo obsadených orbitaloch majú rovnakú rotáciu (aby sa maximalizovala celková rotácia).
Keď sú elektróny priradené orbitálom, elektrón sa najprv snaží vyplniť všetky orbity podobnou energiou (tiež nazývanou degenerované orbitály) pred párovaním s iným elektrónom v polovičnej orbitálnej dráhe..
Atómy v pozemných stavoch majú tendenciu mať čo najviac nepárových elektrónov. Pri vizualizácii tohto procesu zvážte, ako elektróny vykazujú rovnaké správanie ako rovnaké póly v magnete, ak prišli do kontaktu.
Keď negatívne nabité elektróny vypĺňajú orbitály, najprv sa snažia dostať čo najďalej od seba predtým, než sa musia spojiť (Hundove pravidlá, 2015).
referencie
- Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, 24. marec). Kvantové čísla. Zdroj: chem.libretexts.org.
- Princíp Aufbau. (2015, 3. jún). Zdroj: chem.libretexts.org.
- Konfigurácie elektrónov a vlastnosti atómov. (S.F.). Zdroj: oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7. september). Elektronická konfigurácia. Získané z britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, 7. marec). Princíp Aufbau - elektronická štruktúra a zásada Aufbau. Zdroj: thinkco.com.
- Pravidlá Hundovho poriadku. (2015, 18. júl). Zdroj: chem.libretexts.org.
- Spektroskopická notácia. (S.F.). Zdroj: bcs.whfreeman.com.