Elektroninen kokoonpano, jota kutsutaan myös elektroninen rakenne, on järjestely elektronien energiatasot noin atomi ydin. Vanhan Bohr-atomimallin mukaan elektronit miehittävät erilaisia tasoja kiertoradalla ytimen ympärillä ensimmäisestä kuoresta, joka on lähinnä ydintä K, seitsemänteen kuoreen Q, joka on kauimpana ytimestä.
Hienostuneemman kvanttimekaanisen mallin suhteen KQ-kuoret on jaoteltu orbitaalijoukkoon, joista kukin voi olla enintään yhden elektroniparin varassa.
Yleensä elektronikonfiguraatiota käytetään kuvaamaan atomin kiertoradat sen perustilassa, mutta sitä voidaan käyttää myös edustamaan atomia, joka on ionisoitunut kationiksi tai anioniksi, kompensoimalla elektronien menetyksiä tai vahvistuksia vastaavissa orbitaaleissaan.
Monet elementtien fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista voidaan korreloida niiden ainutlaatuisiin elektronisiin kokoonpanoihin. Valenssielektronit, uloimmassa kuoressa olevat elektronit, ovat määräävä tekijä elementin ainutlaatuiselle kemialle.
Elektronikonfiguraatioiden perusteet
Ennen kuin atomin elektroneja osoitetaan kiertoradalle, tulisi perehtyä elektronien kokoonpanon perusteisiin. Jokainen jaksollisen taulun elementti koostuu atomeista, jotka koostuvat protoneista, neutroneista ja elektronista.
Elektroneilla on negatiivinen varaus ja ne sijaitsevat atomin ytimen ympärillä elektronin kiertoradassa, määriteltynä tilavuutena tilavuudeksi, jossa elektroni voidaan löytää 95% todennäköisyydellä.
Neljällä erityyppisellä kiertoradalla (s, p, d ja f) on erilainen muoto ja yksi kiertorata voi pitää korkeintaan kaksi elektronia. P-, d- ja f-orbitaaleilla on erilaiset alitasot, joten ne voivat pitää enemmän elektronia.
Kuten osoitettiin, kunkin elementin elektronikonfiguraatio on ainutlaatuinen sen sijainnin kanssa jaksotaulukossa. Energian taso määräytyy ajanjakson perusteella, ja elektronien lukumäärä annetaan elementin atominumerolla.
Eri energiatasojen kiertoradat ovat samankaltaisia toistensa kanssa, mutta vievät avaruudessa erilaisia alueita.
1s-kiertoradalla ja 2s-kiertoradalla on s-kiertoradan ominaisuudet (säteittäiset solmut, pallomaiset tilavuustodennäköisyydet, ne voivat sisältää vain kaksi elektronia jne.). Mutta koska ne ovat eri energiatasoilla, ne vievät erilaisia tiloja ytimen ympärillä. Jokainen kiertorata voidaan edustaa jaksotaulukon erityisillä lohkoilla.
Lohko s on alkalimetallien alue mukaan lukien helium (ryhmät 1 ja 2), lohko d on siirtymämetallit (ryhmät 3-12), lohko p on ryhmien 13-18 pääryhmän elementit, Ja f-lohko on lantanidi- ja aktinidisarjat.
Kuva 1: Jaksollisen taulukon elementit ja niiden jaksot, jotka vaihtelevat kiertoratojen energiatasojen mukaan.
Aufbau-periaate
Aufbau tulee saksan sanasta "Aufbauen", joka tarkoittaa "rakentaa". Pohjimmiltaan, kirjoittamalla elektronikonfiguraatioita, rakennamme elektronisia kiertoratoja siirtyessämme atomista toiseen.
Kun kirjoitamme atomin elektronikonfiguraatiota, täytämme kiertoradat kasvavassa järjestyksessä atominumeroa.
Aufbau-periaate on peräisin Paulin poissulkemisperiaatteesta, jonka mukaan atomissa ei ole kahta fermionia (esim. Elektronia). Heillä voi olla sama joukko kvanttilukuja, joten heidän on "pinottava" korkeammille energiatasoille.
Miten elektronit kerääntyvät, on kysymys elektronimäärityksistä (Aufbau-periaate, 2015).
Vakaissa atomeissa on yhtä monta elektronia kuin protoneissa ytimessä. Elektronit kokoontuvat ytimen ympärille kvanttiorbitaaleissa noudattaen neljää perussääntöä, nimeltään Aufbau-periaate.
- Atomissa ei ole kahta elektronia, joilla on samat neljä kvantilukua n, l, m ja s.
- Elektronit miehittävät ensin alimman energiatason kiertoradat.
- Elektronit täyttävät kiertoradat aina samalla spin-numerolla. Kun kiertoradat ovat täynnä, se alkaa.
- Elektronit täyttävät kiertoradat kvanttinumeroiden n ja l summalla. Orbitaalit, joilla on yhtä suuret arvot (n + l), täytetään ensin ala-arvoilla n.
Toinen ja neljäs sääntö ovat periaatteessa samat. Esimerkki säännöstä neljä olisi 2p ja 3s kiertoradat.
2p-kiertorata on n = 2 ja l = 2 ja 3s-kiertorata on n = 3 ja l = 1. (N + l) = 4 molemmissa tapauksissa, mutta 2p-kiertoradalla on alhaisin energia tai alhaisin n-arvo ja se täyttyy ennen kerros 3s.
Onneksi kuvassa 2 esitettyä Moeller-kaaviota voidaan käyttää suorittamaan elektroneja. Kaavio luetaan ajamalla diagonaalit välillä 1s.
Kuva 2: Moeller-kaavio elektronikonfiguraation täyttämisestä.
Kuvio 2 näyttää atomien kiertoradat ja nuolet seuraavat tietä eteenpäin.
Nyt kun kiertoratavälin järjestys tiedetään täyttyvän, on jäljellä vain kunkin kiertoradan koko.
S-kiertoväylillä on yksi mahdollinen arvo m l, joka sisältää 2 elektronia
P-orbitaaleilla on 3 mahdollista arvoa ml: n sisältämään 6 elektronia
D-orbitaaleilla on 5 mahdollista arvoa µl 10 elektronin pitämiseksi
F-orbitaaleilla on 7 mahdollista arvoa m l pitääkseen 14 elektronia
Tämä on kaikki mitä tarvitaan elementin stabiilin atomin elektronisen konfiguraation määrittämiseen.
Otetaan esimerkiksi typpi. Typpessä on seitsemän protonia ja siten seitsemän elektronia. Ensimmäinen täytettävä kiertorata on 1: n kiertorata.
Orbitaalissa on kaksi elektronia, joten jäljellä on viisi elektronia. Seuraava kiertorata on 2s: n kiertorata ja sisältää seuraavat kaksi. Kolme viimeistä elektronia menee 2p-kiertoradalle, joka voi pitää jopa kuusi elektronia (Helmenstine, 2017).
Ulkoisen elektronimäärityksen tärkeys
Elektronikonfiguraatioilla on tärkeä rooli atomien ominaisuuksien määrittämisessä.
Kaikilla saman ryhmän atomilla on sama ulkoinen elektroninen konfiguraatio, lukuun ottamatta atominumeroa n, minkä vuoksi niillä on samanlaiset kemialliset ominaisuudet.
Jotkut avaintekijöistä, jotka vaikuttavat atomiominaisuuksiin, ovat suurimman miehitetyn kiertoradan koko, korkeamman energian kiertoratojen energia, kiertoradan tyhjiöiden lukumäärä ja elektronien lukumäärä korkeamman energian raiteilla.
Suurin osa atomiominaisuuksista voi liittyä uloimpien elektronien väliseen vetovoimaan ytimeen ja elektronimäärään uloimmassa elektronikuoressa, valenssielektronien lukumäärään.
Ulomman vaipan elektronit voivat muodostaa kovalenttisia kemiallisia sidoksia, ne ovat niitä, joilla on kyky ionisoitua muodostamaan kationeja tai anioneja, ja ne antavat kemiallisille elementeille hapetustilan.
Ne määrittävät myös atomin säteen. Kun n kasvaa, atomisäde kasvaa. Kun atomi menettää elektronin, atomisäteessä tapahtuu supistuminen negatiivisen varauksen vähentyessä ytimen ympärillä.
Ulomman vaipan elektronit ovat niitä, jotka otetaan huomioon valenssisidosteoriassa, kidekenttäteoriassa ja molekyyliorbitaaliteoriassa molekyylien ominaisuuksien ja sidosten hybridisaatioiden saamiseksi.
Viitteet
- Aufbaun periaate. (2015, 3. kesäkuuta). Haettu osoitteesta chem.libretexts: chem.libretexts.org.
- Bozeman Science. (2013, Agoto 4). Elektronikonfiguraatio. Otettu youtubesta: youtube.com.
- Elektronikonfiguraatiot ja atomien ominaisuudet. (SF). Otettu oneonta.edu: oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7. syyskuuta). Sähköinen kokoonpano. Otettu britannica: britannica.com.
- Faizi, S. (2016, 12. heinäkuuta). Sähköiset kokoonpanot. Otettu kem.libretexts: kem.libretexts.org.
- Helmenstine, T. (2017, 7. maaliskuuta). Aufbau-periaate - sähköinen rakenne ja Aufbau-periaate. Otettu mietteestä: thinkco.com.
- Khan, S. (2014, 8. kesäkuuta). Valenssielektronit ja sitoutuminen. Otettu khanacademy: khanacademy.org.