Elektronski konfiguraciji, također se naziva elektronska struktura, je raspored elektrona u razina energije oko atomske jezgre. Prema starom Bohrovom atomskom modelu, elektroni zauzimaju različite razine u orbiti oko jezgre, od prve ljuske koja je najbliža jezgru, K, do sedme ljuske, Q, koja je najudaljenija od jezgre.
U smislu rafiniranijeg kvantnog mehaničkog modela, školjke KQ dijele se na skup orbitala, od kojih svaka može zauzeti ne više od jednog para elektrona.
Konfiguracija elektrona se obično koristi za opisivanje orbitala atoma u njegovom osnovnom stanju, ali može se koristiti i za predstavljanje atoma koji je ionizirao u kation ili anion, nadoknađujući gubitak ili dobitak elektrona u njihovim orbitalama.
Mnoga fizička i kemijska svojstva elemenata mogu se povezati s njihovim jedinstvenim elektroničkim konfiguracijama. Valentni elektroni, elektroni u najudaljenijoj ljusci, presudni su faktor jedinstvene kemije elementa.
Osnove elektronskih konfiguracija
Prije dodjeljivanja elektrona atoma orbitalama, potrebno je upoznati se s osnovama elektronskih konfiguracija. Svaki element periodične tablice sastoji se od atoma koji su sastavljeni od protona, neutrona i elektrona.
Elektroni pokazuju negativan naboj i nalaze se oko jezgre atoma u orbitalima elektrona, definirani kao volumen prostora u kojem se elektron može naći unutar 95% vjerojatnosti.
Četiri različite vrste orbitala (s, p, d i f) imaju različite oblike, a jedna orbitala može držati najviše dva elektrona. Orbita p, d i f ima različite podravne razine pa mogu zadržati više elektrona.
Kao što je naznačeno, elektronska konfiguracija svakog elementa jedinstvena je po njegovom položaju u periodičnoj tablici. Razina energije određena je razdobljem, a broj elektrona dan je atomskim brojem elementa.
Orbitale na različitim razinama energije slične su jedna drugoj, ali zauzimaju različita područja u prostoru.
Orbita 1s i 2s orbitala imaju svojstva orbitale (radijalni čvorovi, vjerojatnosti sfernog volumena, mogu sadržavati samo dva elektrona itd.). Ali, budući da su na različitim energetskim razinama, oni zauzimaju različite prostore oko jezgre. Svaka orbitala može biti predstavljena posebnim blokovima na periodičnoj tablici.
S blok je područje alkalnih metala, uključujući helij (grupe 1 i 2), d blok su prijelazni metali (skupine 3 do 12), p blok su elementi glavne skupine skupina 13 do 18, A f blok je serija lantanida i aktinida.
Slika 1: Elementi periodične tablice i njihova razdoblja koja se razlikuju ovisno o energetskim razinama orbitala.
Aufbau princip
Aufbau dolazi od njemačke riječi "Aufbauen" što znači "graditi". U suštini, pisanjem elektronskih konfiguracija gradimo elektronske orbitale dok prelazimo iz jednog atoma u drugi.
Dok pišemo elektronsku konfiguraciju atoma, ispunit ćemo orbitale u sve većem redoslijedu atomskog broja.
Aufbau-ov princip potječe iz Pauli-ovog principa isključenja koji kaže da u atomu ne postoje dva fermiona (npr. Elektrona). Mogu imati isti skup kvantnih brojeva, pa se moraju "slagati" na višim razinama energije.
Kako se elektroni akumuliraju, pitanje je konfiguracija elektrona (Aufbau princip, 2015).
Stabilni atomi imaju isto toliko elektrona koliko protoni imaju u jezgri. Elektroni se okupljaju oko jezgre u kvantnim orbitalama slijedeći četiri osnovna pravila koja se zovu Aufbauov princip.
- U atomu ne postoje dva elektrona koja dijele ista četiri kvantna broja n, l, m i s.
- Elektroni će prvo zauzeti orbite najniže razine energije.
- Elektroni će uvijek ispuniti orbitale s istim brojem spina. Kad su orbitale pune, započet će se.
- Elektroni će ispuniti orbitale zbrojem kvantnih brojeva n i l. Orbitale jednakih vrijednosti (n + l) prvo će se napuniti donjim n vrijednostima.
Drugo i četvrto pravilo su u osnovi ista. Primjer pravila četiri su orbitale 2p i 3s.
Orbita 2p je n = 2, a l = 2, a orbita 3s je n = 3 i l = 1. (N + l) = 4 u oba slučaja, ali 2p orbitala ima najnižu energiju ili najnižu n-vrijednost i napunit će se prije sloj 3s.
Srećom, Moellerov dijagram prikazan na slici 2 može se koristiti za punjenje elektrona. Graf se čita čitanjem dijagonala od 1s.
Slika 2: Moellerov dijagram ispunjavanja elektronske konfiguracije.
Slika 2 prikazuje atomske orbitale i strelice slijede put naprijed.
Sada kada se zna da se redoslijed orbitala popunjava, ostalo je samo zapamtiti veličinu svake orbite.
S orbitale imaju 1 moguću vrijednost m l da sadrže 2 elektrona
P orbitale imaju 3 moguće vrijednosti ml da sadrže 6 elektrona
D orbitale imaju 5 mogućih vrijednosti µl za držanje 10 elektrona
F orbitale imaju 7 mogućih vrijednosti m l za držanje 14 elektrona
To je sve što je potrebno za određivanje elektroničke konfiguracije stabilnog atoma elementa.
Na primjer, uzmite element dušik. Dušik ima sedam protona i stoga sedam elektrona. Prva orbitala koja ispunjava je orbita 1s.
Orbitala s dva elektrona ostaje pet elektrona. Sljedeća orbitala je orbita 2s i sadrži sljedeće dvije. Posljednja tri elektrona ići će u orbital 2p koja može primiti do šest elektrona (Helmenstine, 2017).
Važnost vanjske konfiguracije elektrona
Elektronske konfiguracije igraju važnu ulogu u određivanju svojstava atoma.
Svi atomi iste skupine imaju istu vanjsku elektroničku konfiguraciju s izuzetkom atomskog broja n, zbog čega imaju slična kemijska svojstva.
Neki od ključnih čimbenika koji utječu na atomska svojstva uključuju veličinu najvećih zauzetih orbitala, energiju orbitala više energije, broj slobodnih orbitala i broj elektrona u orbitilama više energije.
Većina atomskih svojstava može se povezati sa stupnjem privlačnosti između najudaljenijih elektrona u jezgri i brojem elektrona u najudaljenijoj elektronskoj ljusci, brojem valentnih elektrona.
Elektroni vanjske ljuske su oni koji mogu tvoriti kovalentne kemijske veze, oni su koji imaju sposobnost ioniziranja da tvore katione ili anione i oni su koji kemijskom elementima daju stanje oksidacije.
Oni će odrediti i atomski polumjer. Kako se n povećava, atomski se radijus povećava. Kad jedan atom izgubi elektron, uslijedit će kontrakcija atomskog radijusa zbog smanjenja negativnog naboja oko jezgre.
Elektroni vanjske ljuske su oni koji se uzimaju u obzir teorijom valentne veze, teorijom kristalnog polja i teorijom molekularne orbitale kako bi se dobila svojstva molekula i hibridizacija veza.
Reference
- Načelo Aufbaua. (2015., 3. lipnja). Preuzeto s chem.libretexts: chem.libretexts.org.
- Bozemanska znanost. (2013, Agoto 4). Konfiguracija elektrona. Preuzeto s youtube: youtube.com.
- Elektronske konfiguracije i svojstva atoma. (SF). Preuzeto sa oneonta.edu: oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011., 7. rujna). Elektronska konfiguracija. Preuzeto sa britannica: britannica.com.
- Faizi, S. (2016, 12. srpnja). Elektroničke konfiguracije. Preuzeto sa chem.libretexts: chem.libretexts.org.
- Helmenstine, T. (2017, 7. ožujka). Načelo Aufbaua - elektronička struktura i načelo Aufbau. Preuzeto iz thinkco-a: thinkco.com.
- Khan, S. (2014, 8. lipnja). Valentni elektroni i vezivanje. Preuzeto s khanacademy: khanacademy.org.