Електронна конфигурация
The разпределението на електрони в атом или молекула се нарича негова „електронна конфигурация“, което определя енергийните нива и орбиталите, които заемат електроните. Атомният номер на елемента, който е еквивалентен на броя на протоните в ядрото на атома, определя електронната конфигурация на елемента.
Количеството електрони във всяка обвивка и подобвивка обикновено се представя от поредица от цифри и букви, като 1s 2s22т6, когато се описва електронната конфигурация на атома. Основното квантово число, което корелира с енергийното ниво или обвивка на електрона, е представено от първото число в последователността. Квантовото число на ъгловия импулс определя коя буква след основното квантово число обозначава подобвивката или орбиталата на електрона.
Орбитална диаграма или диаграма на електронна обвивка, която показва разположението на електроните в енергийните нива и орбиталите на атома, също може да се използва за изобразяване на електронната конфигурация на атома. Всяка орбитала е символизирана с кутия или кръг в орбитална диаграма, а всеки електрон е символизиран със стрелка, вървяща нагоре или надолу, за да обозначи неговото въртене.
Електронната структура на атома играе важна роля при определянето на много от химичните и физичните характеристики на елемента. Например, реактивността на атома, характеристиките на свързване и способността му да участва в химични реакции се влияят от количеството и разположението на неговите електрони. Количеството енергия, необходимо за извличане на електрон от атом, е известно като неговата йонизационна енергия, която също се определя от електронната конфигурация на атома.
Местоположението на даден елемент в периодичната таблица, която е списък на елементите, подредени в нарастващ ред на атомния номер, също може да бъде предсказано с помощта на електронната конфигурация на елемента. Периодичната таблица групира елементи, които имат сравними електронни конфигурации и еквивалентни свойства.
Принципът на изключване на Паули, който твърди, че два електрона в атом не могат да имат еднакъв набор от квантови числа, диктува електронната конфигурация на атома. Съответно всеки електрон в атом трябва да обитава различно енергийно ниво и орбитала и всяка орбитала може да побере само двойка електрони с противоположен спин.
c структура в структурата
Могат да се използват различни спектроскопски методи за директно установяване на електронната конфигурация на атома. Например, електрическата конфигурация на атом в неговото основно състояние може да бъде определена с помощта на емисионния спектър на елемент, а енергийните нива на електроните в атома могат да бъдат определени с помощта на абсорбционния спектър на елемента.
В заключение, електронната конфигурация на атома е основен компонент на неговата структура и влияе върху редица химични и физични характеристики. Атомният номер на даден елемент определя неговата електронна конфигурация, която може да бъде показана като поредица от числа и символи, орбитална диаграма или диаграма на електронна обвивка. Принципът на изключване на Паули, който може да бъде открит експериментално с помощта на спектроскопски методи, диктува електронната конфигурация на атома.
Електронните конфигурации са полезни за:
- Определяне на валентността на елемента.
- Прогнозиране на група характеристики на елементи (Свойствата на елементи с подобна електронна конфигурация често са идентични).
- Анализ на атомния спектър.
Как да напишем електронна конфигурация
Черупки
Въз основа на главното квантово число може да се изчисли най-големият брой електрони, които могат да се поберат в обвивка (n). Формулата за него е 2n2, където n е номерът на обвивката. Таблиците по-долу изброяват черупките, n стойностите и общия брой електрони, които могат да се поберат.
| Стойност Shell и 'n' | Максимален брой електрони в обвивката |
|---|---|
| K черупка, n=1 | 2*12= 2 |
| L черупка, n=2 | 2*22= 8 |
| М черупка, n=3 | 232= 18 |
| N обвивка, n=4 | 2*42= 32 |
Подчерупки
- Азимуталното квантово число (представено с буквата 'l') определя подобвивките, на които са разделени електроните.
- Стойността на главното квантово число, n, определя стойността на това квантово число. В резултат на това има четири отделни подчерупки, които могат да съществуват, когато n е равно на 4.
- Когато n=4. Подобвивките s, p, d и f са съответните подобвивки за l=0, l=1, l=2 и l=3, съответно.
- Уравнението 2*(2l+1) посочва колко електрони може да побере една подобвивка в своя максимален капацитет.
- Следователно най-големият брой електрони, които могат да се поберат в s, p, d и f подобвивките, са съответно 2, 6, 10 и 14.
Нотация
- С помощта на етикети на подчерупки се описва електронната конфигурация на атома. Тези етикети включват номера на подчерупката и номера на черупката, който се определя от главното квантово число.
- обозначението (осигурено от азимуталното квантово число) и, в горен индекс, общия брой електрони в подобвивката.
- Например нотацията ще бъде '1s2' ако имаше два електрона в s подобвивката на първата обвивка.
- Електронната конфигурация на алуминия (атомен номер 13) може да бъде изразена като 1s22s22т63s23т1използвайки тези етикети на подчерупки.
Принципът на Ауфбау, принципът на изключване на Паули и правилото на Хунд се използват за запълване на атомни орбитали. Тези насоки помагат да се реши как електроните заемат достъпните орбитали.
Принцип на структурата:
Според принципа на Ауфбау електроните заемат орбитали в посока на увеличаване на енергията. Това показва, че преди да запълнят орбиталите с по-висока енергия, електроните първо ще запълнят тези с по-ниска енергия. Периодичната таблица може да се използва за определяне на енергийните нива на орбиталите по ред. Етикетите за орбиталите са комбинация от букви и цифри: буквата обозначава орбиталната форма или подобвивката (s, p, d, f), а числото обозначава основното квантово число (n), което определя енергийното ниво на орбитален.
Принцип на изключване на Паули:
Никакви два електрона в атом не могат да имат една и съща колекция от четири квантови числа (n, l, ml и ms), съгласно принципа на изключване на Паули. Най-големият брой електрони, които могат да се поберат във всяка орбитала, е два и те трябва да имат противоположни завъртания.
java тип променлива
Правило на кучето:
Съгласно правилото на Хунд, електроните първо ще обитават отделни орбитали с еднакъв спин, когато запълват изродени орбитали (орбитали със същата енергия). Съответно, електроните в изродени орбитали постоянно ще се опитват да максимизират общото си въртене.
Редът на запълване на атомните орбитали може да се установи с помощта на тези принципи.
Орбиталите се попълват в следния ред:
- 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p и така нататък
- Вземете зареждането на въглерод като пример, за да демонстрирате това (атомен номер 6). Шест електрона присъстват във въглерода и те ще заемат достъпните орбитали по начина, посочен по-горе.
- Орбиталата 1s ще бъде запълнена от първите два електрона. 2s орбиталата ще бъде запълнена от следващите два електрона. Две от трите възможни 2p орбитали ще бъдат заети от по един електрон от останалите два електрона. Сега въглеродът има електронна структура 1s22s22т2.
В заключение, принципът на Ауфбау, принципът на изключване на Паули и правилото на Хунд контролират как се запълват атомните орбитали. Всеки елемент има различна конфигурация от електрони в резултат на тези правила, които помагат да се определи редът, в който електроните заемат наличните орбитали.
Електронна конфигурация на първите 30 елемента, в реда на нарастване на атомния номер:
| Да не | Елементи | Електронна конфигурация |
|---|---|---|
| 1 | Водород | 1s1 |
| 2 | Хелий | 1s2 |
| 3 | литий | 1s22s1 |
| 4 | Берилий | 1s22s2 |
| 5 | Бор | 1s22s22т1 |
| 6 | въглерод | 1s22s22т2 |
| 7 | Азот | 1s22s22т3 |
| 8 | Кислород | 1s22s22т4 |
| 9 | Флуор | 1s22s22т5 |
| 10 | Неон | 1s22s22т6 |
| единадесет | Натрий | 1s22s22т63s1 |
| 12 | Магнезий | 1s22s22т63s2 |
| 13 | Алуминий | 1s22s22т63s23т1 |
| 14 | Силиций | 1s22s22т63s23т2 |
| петнадесет | Фосфор | 1s22s22т63s23т3 |
| 16 | Сяра | 1s22s22т63s23т4 |
| 17 | хлор | 1s22s22т63s23т5 |
| 18 | Аргон | 1s22s22т63s23т6 |
| 19 | калий | 1s22s22т63s23т64s1 |
| двадесет | калций | 1s22s22т63s23т64s2 |
| двадесет и едно | скандий | 1s22s22т63s23т64s23г1 |
| 22 | Титан | 1s22s22т63s23т64s23г2 |
| 23 | Ванадий | 1s22s22т63s23т64s23г3 |
| 24 | хром | 1s22s22т63s23т64s13г5 |
| 25 | Манган | 1s22s22т63s23т64s23г5 |
| 26 | Желязо | 1s22s22т63s23т64s23г6 |
| 27 | Кобалт | 1s22s22т63s23т64s23г7 |
| 28 | никел | 1s22s22т63s23т64s23г8 |
| 29 | Мед | 1s22s22т63s23т64s13г10 |
| 30 | цинк | 1s22s22т63s23т64s23г10 |
Ето някои от причините, поради които електронната конфигурация е от съществено значение:
1. Химическа реактивност
Химическата реакция на атома се определя от неговата електронна конфигурация. Електронната конфигурация е това, което причинява реакциите между елементите, които водят до съединения. Колко лесно един атом може да придобие, загуби или сподели електрони, за да образува химически връзки с други атоми, зависи от броя и разположението на електроните в най-външното енергийно ниво, известно като валентна обвивка. Например, за да постигнат стабилна конфигурация, елементите с един или два електрона в тяхната най-външна обвивка са склонни да загубят тези електрони, докато елементите с пет, шест или седем електрона в тяхната най-външна обвивка са склонни да придобият тези електрони. Това помага при прогнозирането на видовете съединения, които различните елементи могат да създадат.
xdxd значение
2. Свързващи свойства
Видовете химични връзки, които могат да се развият между атомите, също се определят от тяхната електронна конфигурация. Ковалентните връзки обикновено се образуват между атоми със сравними електронни конфигурации, докато йонните връзки обикновено се образуват между атоми с различни конфигурации. Интензивността и стабилността на създадените химични връзки също се влияят от електронната конфигурация. Например четирите валентни електрона в електронната конфигурация на въглеродния атом му позволяват да образува стабилни ковалентни връзки с други въглеродни атоми, което води до създаването на голямо разнообразие от органични съединения.
3. Физически свойства
Физическите характеристики на даден елемент, като неговите точки на топене и кипене, плътност и проводимост, също се влияят от неговата електронна структура. Броят на електроните и начина, по който те са подредени във валентната обвивка, определя силата на взаимодействията на атомите, което влияе на физическото поведение на даден елемент. Например, тъй като техните свободни електрони могат лесно да се движат и да провеждат електричество, металите имат висока електрическа и топлопроводимост.
4. Периодични тенденции
Периодичната таблица е организирана с помощта на периодични тенденции, тъй като се основава на електронната структура на атомите. Редовните модели на вариация в свойствата на елементите в периодичната таблица се наричат периодични тенденции. Промените в електронната конфигурация на атомите и тяхното въздействие върху размера, реактивността и характеристиките на свързване на елементите могат да се използват за разбиране на тези тенденции.
За да обобщим, познаването на електронната конфигурация на атома е необходимо, за да се разберат неговите молекулни и физически характеристики. Това е от съществено значение за предсказване на химичното поведение на даден елемент и способността му да се комбинира с други елементи за създаване на съединения. Разбирането на електронната конфигурация също помага при обяснението на периодичните модели и разликите в свойствата на елементите в периодичната таблица.