ЩО ТАКЕ ЗОВНІШНЯ ЕЛЕКТРОННА КОНФІГУРАЦІЯ? - ХІМІЯ - 2025

Електронна конфігурація , звана також електронна структура, є розташування електронів в енергетичних рівнях навколо атомного ядра. Відповідно до старої атомної моделі Бора, електрони займають різні рівні в орбітах навколо ядра, від першої оболонки, найближчої до ядра, K, до сьомої оболонки Q, яка є найдалі від ядра.

З точки зору більш доопрацьованої квантової механічної моделі, оболонки KQ підрозділяються на набір орбіталей, кожна з яких може бути зайнята не більше однієї пари електронів.

Зазвичай електронна конфігурація використовується для опису орбіталей атома в його основному стані, але також може бути використана для представлення атома, який іонізувався в катіон або аніон, компенсуючи втрату або посилення електронів на відповідних орбіталях.

Багато фізичних та хімічних властивостей елементів можна співвіднести з їх унікальними електронними конфігураціями. Валентні електрони, електрони в самій зовнішній оболонці, є визначальним фактором унікальної хімії елемента.

Основи конфігурацій електронів

Перш ніж призначити електрони атома на орбіталі, слід ознайомитись з основами електронних конфігурацій. Кожен елемент Періодичної таблиці складається з атомів, які складаються з протонів, нейтронів та електронів.

Електрони виявляють негативний заряд і знаходяться навколо ядра атома в орбіталях електрона, визначених як об'єм простору, в якому можна знайти електрон в межах 95% вірогідності.

Чотири різних орбіталі (s, p, d і f) мають різну форму, і одна орбіталь може вмістити максимум два електрона. На орбіталях p, d і f є різні підрівні, тому вони можуть утримувати більше електронів.

Як зазначалося, конфігурація електронів кожного елемента унікальна за його положенням у періодичній таблиці. Рівень енергії визначається періодом, а кількість електронів задається атомним номером елемента.

Орбіталі на різних рівнях енергії схожі між собою, але займають різні простори в просторі.

Орбітала 1s і орбітала 2s мають характеристики орбіталі s (радіальні вузли, сферичні ймовірності об єму, вони можуть містити лише два електрони тощо). Але, оскільки вони знаходяться на різних енергетичних рівнях, вони займають різні простори навколо ядра. Кожна орбіталь може бути представлена ​​певними блоками в періодичній таблиці.

Блок s - область лужних металів, включаючи гелій (групи 1 і 2), блок d - перехідні метали (групи 3-12), блок p - елементи основної групи груп 13-18 , А f-блок - це лантанідні та актинідні серії.

Рисунок 1: Елементи періодичної таблиці та їх періоди, які змінюються залежно від енергетичних рівнів орбіталей.

Принцип Ауфбау

Aufbau походить від німецького слова "Aufbauen", що означає "будувати". По суті, пишучи електронні конфігурації, ми будуємо електронні орбіталі, рухаючись від одного атома до іншого.

Коли ми пишемо електронну конфігурацію атома, ми будемо заповнювати орбіталі в порядку збільшення атомного числа.

Принцип Ауфбау бере свій початок від принципу виключення Паулі, який говорить про те, що в атомі немає двох ферміонів (наприклад, електронів). Вони можуть мати однаковий набір квантових чисел, тому їм доводиться «укладатися» на більш високих рівнях енергії.

Як накопичуються електрони, це питання конфігурації електронів (Принцип Ауфбау, 2015).

Стабільні атоми мають стільки ж електронів, скільки протонів у ядрі. Електрони збираються навколо ядра на квантових орбіталях, дотримуючись чотирьох основних правил, званих принципом Ауфбау.

1. В атомі немає двох електронів, які поділяють однакові чотири квантові числа n, l, m та s.
2. Електрони спочатку займуть орбіталі найнижчого рівня енергії.
3. Електрони завжди будуть заповнювати орбіталі одним і тим же спиновим числом. Коли орбіталі заповнені, вона почнеться.
4. Електрони заповнять орбіталі на суму квантових чисел n і l. Орбіталі з рівними значеннями (n + l) спочатку заповняться нижчими n значеннями.

Друге і четверте правила в основному однакові. Прикладом правила чотирьох є орбіталі 2p та 3s.

Орбітала 2p дорівнює n = 2, а l = 2, а орбітала 3s - n = 3 і l = 1. (N + l) = 4 в обох випадках, але орбітала 2p має найнижчу енергію або найнижчу n-величину і заповнюватиметься перед шар 3с.

На щастя, діаграма Моллера, показана на малюнку 2, може використовуватися для заповнення електронами. Графік читається, провівши діагоналі від 1s.

Рисунок 2: Моеллерова схема заповнення конфігурації електронів.

На малюнку 2 показані атомні орбіталі, а стрілки йдуть шляхом вперед.

Тепер, коли відомо, що порядок орбіталей заповнений, залишається лише запам'ятати розмір кожної орбіталі.

S орбіталі мають 1 можливе значення m _l, щоб містити 2 електрона

P орбіталі мають 3 можливих значення _мл, щоб містити 6 електронів

D орбіталі мають 5 можливих значень _мкл для утримання 10 електронів

F орбіталі мають 7 можливих значень m _l для утримання 14 електронів

Це все, що потрібно для визначення електронної конфігурації стійкого атома елемента.

Наприклад, візьміть елемент азот. Азот має сім протонів і тому сім електронів. Перша орбітальна заповнення - це орбіталь 1s.

Орбіта s має два електрони, тому залишилось п’ять електронів. Наступна орбіталь - це орбіталь 2s і містить дві наступні. Останні три електрона перейдуть до орбіталі 2p, яка може вмістити до шести електронів (Helmenstine, 2017).

Важливість зовнішньої конфігурації електронів

Електронна конфігурація відіграє важливу роль у визначенні властивостей атомів.

Усі атоми однієї групи мають однакову зовнішню електронну конфігурацію за винятком атомного числа n, тому вони мають схожі хімічні властивості.

Деякі з ключових факторів, що впливають на атомні властивості, включають розмір найбільших зайнятих орбіталей, енергію орбіталей вищої енергії, кількість орбітальних вакансій та кількість електронів на орбіталях з вищою енергією.

Більшість атомних властивостей можуть бути пов'язані зі ступенем притягання між самими зовнішніми електронами до ядра та кількістю електронів у самій зовнішній електронній оболонці, кількістю валентних електронів.

Електрони зовнішньої оболонки - це ті, які можуть утворювати ковалентні хімічні зв’язки, вони є здатними до іонізації утворювати катіони або аніони, і вони є тими, що надають хімічним елементам стан окислення.

Вони також визначать атомний радіус. У міру збільшення n збільшується атомний радіус. Коли атом втратить електрон, відбудеться скорочення атомного радіуса через зменшення негативного заряду навколо ядра.

Електрони зовнішньої оболонки - це ті, які враховуються теорією валентних зв’язків, теорією кристалічного поля та теорією молекулярної орбіталі для отримання властивостей молекул та гібридизацій зв’язків.

Список літератури

1. Принцип Ауфбау. (2015 р., 3 червня). Отримано з chem.libretexts: chem.libretexts.org.
2. Боземанська наука. (2013, Агото 4). Конфігурація електронів. Взято з youtube: youtube.com.
3. Електронні конфігурації та властивості атомів. (СФ). Взято з oneonta.edu: oneonta.edu.
4. Encyclopædia Britannica. (2011 р., 7 вересня). Електронна конфігурація. Взято з britannica: britannica.com.
5. Фаїзі, С. (2016, 12 липня). Електронні конфігурації Взято з chem.libretexts: chem.libretexts.org.
6. Гельменстін, Т. (2017, 7 березня). Принцип Ауфбау - електронна структура та принцип Ауфбау. Взято з thinkco: thinkco.com.
7. Хан, С. (2014, 8 червня). Валентні електрони та зв’язки. Взято з khanacademy: khanacademy.org.