Spektralna zapis je raspored elektrona razine energije oko jezgre atoma. 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 obično se koristi za opisivanje orbitala atoma u njegovom osnovnom stanju, ali može se koristiti i za predstavljanje atoma koji se 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.
Kad elektroni u najudaljenijoj ljusci atoma dobiju neku vrstu energije, oni se kreću u slojeve više energije. Tako će se elektron u ljusci K prenijeti u L ljusku dok je u višem energetskom stanju.
Kad se elektron vrati u svoje osnovno stanje, on oslobađa energiju koju apsorbira emitirajući elektromagnetski spektar (svjetlost). Budući da svaki atom ima specifičnu elektroničku konfiguraciju, također će imati određeni spektar koji će se zvati apsorpcijski (ili emisijski) spektar.
Iz tog razloga se termin spektralni zapis koristi za označavanje konfiguracije elektrona.
Kako odrediti spektralnu notaciju: kvantni brojevi
Ukupno četiri kvantna broja koriste se za potpuno opisivanje kretanja i putanje svakog elektrona unutar atoma.
Kombinacija svih kvantnih brojeva svih elektrona u atomu opisana je valnom funkcijom koja ispunjava Schrödingerovu jednadžbu. Svaki elektron u atomu ima jedinstven skup kvantnih brojeva.
Prema Paulijevom principu isključenja, dva elektrona ne mogu dijeliti istu kombinaciju četiri kvantna broja.
Kvantni brojevi su važni jer se mogu koristiti za određivanje elektronske konfiguracije atoma i vjerojatnog položaja elektrona u atomu.
Kvantni brojevi se također koriste za određivanje drugih karakteristika atoma, poput energije ionizacije i atomskog radijusa.
Kvantni brojevi označavaju specifične ljuske, podkoljenice, orbitale i spinove elektrona.
To znači da oni u potpunosti opisuju karakteristike elektrona u atomu, odnosno opisuju svako jedinstveno rješenje Schrödingerove jednadžbe ili valnu funkciju elektrona u atomu.
Postoje ukupno četiri kvantna broja: glavni kvantni broj (n), kvantni broj orbitalnog zamaha (l), magnetski kvantni broj (ml) i kvantni broj spina elektrona (ms).
Glavni kvantni broj, nn, opisuje energiju elektrona i najvjerovatniju udaljenost elektrona od jezgre. Drugim riječima, odnosi se na veličinu orbite i energetsku razinu na koju se postavlja elektron.
Broj potkoljenica ili ll opisuje oblik orbitale. Može se koristiti i za određivanje broja kutnih čvorova.
Magnetski kvantni broj, ml, opisuje energetske razine u podskopu, a ms se odnosi na spin na elektronu, koji može biti gore ili dolje.
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 elektronskih konfiguracija.
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.
Slika 2: Moellerov dijagram ispunjavanja elektronske konfiguracije.
Srećom, Moellerov dijagram prikazan na slici 2 može se koristiti za punjenje elektrona. Graf se čita čitanjem dijagonala od 1s.
Slika 2 prikazuje atomske orbitale i strelice slijede put naprijed.
Sada kada se zna da se redoslijed orbitala popunjava, preostalo 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 2p orbitalu koja može primiti do šest elektrona.
Hund vlada
Aufbauova sekcija raspravljala o tome kako elektroni najprije ispunjavaju orbitale s najnižom energijom, a zatim se pomiču do orbitala s najvišom energijom tek nakon što su orbitele najniže energije pune.
Međutim, postoji problem s ovim pravilom. Svakako, 1s orbitale moraju biti ispunjene prije 2s orbitala, jer 1s orbitals imaju manju vrijednost n, a samim tim i nižu energiju.
I tri različite 2p orbitale? Kojim redoslijedom treba ih ispuniti? Odgovor na ovo pitanje uključuje Hundovo pravilo.
Hundovo pravilo kaže da:
- Svaka orbitala u podnožju zauzeta je pojedinačno prije nego što je bilo koja orbitala dvostruko zauzeta.
- Svi elektroni u pojedinačno okupiranim orbitalama imaju isti spin (kako bi se maksimalizirao ukupni spin).
Kad su elektroni dodijeljeni orbitali, elektron prvo nastoji napuniti sve orbitale sličnom energijom (koja se također naziva i degenerirane orbitale) prije nego što se upari s drugim elektronom u napola punoj orbitali.
Atomi u prizemnim stanjima imaju što više neparnih elektrona. Prilikom vizualizacije ovog procesa, uzmite u obzir kako elektroni iskazuju isto ponašanje kao i isti polovi u magnetu ako bi došli u kontakt.
Kad negativno nabijeni elektroni popunjavaju orbitale, prvo se pokušavaju udaljiti što je više moguće prije nego što se moraju upariti.
Reference
- Anastasiya Kamenko, TE (2017, 24. ožujka). Kvantni brojevi. Oporavak s chem.libretexts.org.
- Načelo Aufbaua. (2015., 3. lipnja). Oporavak s chem.libretexts.org.
- Elektronske konfiguracije i svojstva atoma. (SF). Oporavak od oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011., 7. rujna). Elektronska konfiguracija. Oporavak od britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, 7. ožujka). Načelo Aufbaua - elektronička struktura i načelo Aufbau. Oporavak od thinkco.com.
- Hundova pravila. (2015., 18. srpnja). Oporavak s chem.libretexts.org.
- Spektroskopska notacija. (SF). Oporavak s bcs.whfreeman.com.