TechCodeview

Elektronická konfigurácia

The distribúcia elektrónov v atóme alebo molekule sa označuje ako ich „elektronická konfigurácia“, ktorý definuje energetické hladiny a orbitály, ktoré elektróny zaberajú. Atómové číslo prvku, ktoré je ekvivalentné počtu protónov v jadre atómu, určuje elektrónovú konfiguráciu prvku.

Množstvo elektrónov v každom obale a podplášte je zvyčajne reprezentované sekvenciou čísel a písmen, ako napríklad 1s 2s²2p⁶, pri popise elektrónovej konfigurácie atómu. Hlavné kvantové číslo, ktoré koreluje s energetickou hladinou alebo obalom elektrónu, je reprezentované prvým číslom v sekvencii. Kvantové číslo momentu hybnosti určuje, ktoré písmeno za hlavným kvantovým číslom označuje podplášť elektrónu alebo orbitál.

Na znázornenie elektrónovej konfigurácie atómu možno použiť aj orbitálny diagram alebo diagram elektrónového obalu, ktorý ukazuje usporiadanie elektrónov v rámci energetických hladín a orbitálov atómu. Každý orbitál je v orbitálnom diagrame symbolizovaný rámčekom alebo kruhom a každý elektrón je symbolizovaný šípkou nahor alebo nadol, ktorá označuje jeho rotáciu.

Elektrónová štruktúra atómu hrá významnú úlohu pri určovaní mnohých chemických a fyzikálnych vlastností prvku. Napríklad reaktivita atómu, väzbové charakteristiky a schopnosť zúčastniť sa chemických reakcií sú ovplyvnené množstvom a usporiadaním jeho elektrónov. Množstvo energie potrebnej na extrakciu elektrónu z atómu je známe ako jeho ionizačná energia, ktorá je tiež určená elektrónovou konfiguráciou atómu.

Umiestnenie prvku v periodickej tabuľke, čo je zoznam prvkov usporiadaných v rastúcom poradí podľa atómového čísla, možno tiež predpovedať pomocou elektronickej konfigurácie prvku. Periodická tabuľka zoskupuje prvky, ktoré majú porovnateľné elektronické konfigurácie a ekvivalentné vlastnosti.

Pauliho vylučovací princíp, ktorý tvrdí, že žiadne dva elektróny v atóme nemôžu mať rovnakú sadu kvantových čísel, určuje elektronickú konfiguráciu atómu. V súlade s tým musí každý elektrón v atóme obývať odlišnú energetickú hladinu a orbitál a každý orbitál môže pojať iba pár elektrónov s opačným spinom.

exclp

Na priame stanovenie elektrónovej konfigurácie atómu možno použiť rôzne spektroskopické metódy. Napríklad elektrickú konfiguráciu atómu v jeho základnom stave možno určiť pomocou emisného spektra prvku a energetické hladiny elektrónov v atóme možno určiť pomocou absorpčného spektra prvku.

Záverom možno povedať, že elektronická konfigurácia atómu je základnou zložkou jeho štruktúry a ovplyvňuje množstvo jeho chemických a fyzikálnych vlastností. Atómové číslo prvku určuje jeho elektronickú konfiguráciu, ktorá môže byť znázornená ako séria čísel a symbolov, orbitálny diagram alebo diagram elektrónového obalu. Pauliho vylučovací princíp, ktorý možno experimentálne nájsť pomocou spektroskopických metód, určuje elektrónovú konfiguráciu atómu.

Elektronické konfigurácie sú užitočné pre:

• Zistenie valencie prvku.
• Predpovedanie vlastností skupiny prvkov (Vlastnosti prvkov s podobnou elektrónovou konfiguráciou sú často identické).
• Analýza atómového spektra.

Ako napísať elektronickú konfiguráciu

Mušle

Na základe hlavného kvantového čísla možno vypočítať najväčší počet elektrónov, ktoré sa zmestia do obalu (n). Vzorec na to je 2n², kde n je číslo škrupiny. V nižšie uvedených tabuľkách sú uvedené obaly, hodnoty n a celkový počet elektrónov, ktoré sa zmestia.

Subshells

• Azimutálne kvantové číslo (reprezentované písmenom 'l') určuje podobaly, do ktorých sú rozdelené elektróny.
• Hodnota hlavného kvantového čísla, n, určuje hodnotu tohto kvantového čísla. Výsledkom je, že existujú štyri odlišné čiastkové škrupiny, ktoré môžu existovať, keď sa n rovná 4.
• Keď n=4. Podvrstvy s, p, d a f sú zodpovedajúce podvrstvy pre l=0, l=1, l=2, respektíve l=3.
• Rovnica 2*(2l+1) udáva, koľko elektrónov dokáže podplášť udržať vo svojej maximálnej kapacite.
• Preto najväčší počet elektrónov, ktoré sa zmestia do podplášťov s, p, d a f, je 2, 6, 10 a 14.

Notový zápis

• Pomocou podobalových značiek je opísaná elektrónová konfigurácia atómu. Tieto označenia zahŕňajú číslo podobalu a číslo obalu, ktoré je určené hlavným kvantovým číslom.
• označenie (poskytnuté azimutálnym kvantovým číslom) a v hornom indexe celkový počet elektrónov v podplášte.
• Napríklad zápis by bol „1s²' ak by v podobale s prvého obalu boli dva elektróny.
• Elektrónovú konfiguráciu hliníka (atómové číslo 13) možno vyjadriť ako 1s²2s²2p⁶3s²3p¹pomocou týchto štítkov subshell.

Na vyplnenie atómových orbitálov sa používa Aufbauov princíp, Pauliho vylučovací princíp a Hundovo pravidlo. Tieto usmernenia pomáhajú pri rozhodovaní o tom, ako elektróny obsadzujú dostupné orbitály.

Princíp štruktúry:

Podľa Aufbauovho princípu elektróny obsadzujú orbitály v smere rastúcej energie. To naznačuje, že pred naplnením orbitálov s vyššou energiou elektróny najskôr vyplnia tie s nižšou energiou. Periodickú tabuľku možno použiť na určenie energetických hladín orbitálov v poradí. Označenia pre orbitály sú kombináciou písmen a číslic: písmeno označuje tvar orbity alebo podplášť (s, p, d, f) a číslo označuje hlavné kvantové číslo (n), ktoré definuje energetickú hladinu orbitálny.

Pauliho princíp vylúčenia:

Žiadne dva elektróny v atóme nemôžu mať rovnakú zbierku štyroch kvantových čísel (n, l, ml a ms) podľa Pauliho vylučovacieho princípu. Najväčší počet elektrónov, ktoré sa zmestia do každého orbitálu, sú dva a musia mať opačné spiny.

konverzia int na dvojitú javu

Pravidlo psa:

Podľa Hundovho pravidla elektróny najskôr osídlia samostatné orbitály s rovnakým spinom, keď vyplnia degenerované orbitály (orbitály s rovnakou energiou). V súlade s tým sa elektróny v degenerovaných orbitáloch budú neustále snažiť maximalizovať svoj celkový spin.

Pomocou týchto princípov možno určiť poradie plnenia atómových orbitálov.

Orbitály sú vyplnené v nasledujúcom poradí:

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p atď.
• Ako príklad si vezmite zaťaženie uhlíka (atómové číslo 6). V uhlíku je prítomných šesť elektrónov, ktoré budú obsadzovať dostupné orbitály vyššie uvedeným spôsobom.
• Orbitál 1s bude vyplnený prvými dvoma elektrónmi. Orbitál 2s vyplnia ďalšie dva elektróny. Dva z troch možných 2p orbitálov budú obsadené po jednom elektróne zvyšnými dvoma elektrónmi. Uhlík má teraz elektrónovú štruktúru 1s²2s²2p².

Záverom možno povedať, že Aufbauov princíp, Pauliho vylučovací princíp a Hundovo pravidlo kontrolujú, ako sa atómové orbitály zapĺňajú. Každý prvok má inú konfiguráciu elektrónov v dôsledku týchto pravidiel, ktoré pomáhajú určiť poradie, v ktorom elektróny obsadzujú dostupné orbitály.

Elektronická konfigurácia prvých 30 prvkov v poradí podľa rastúceho atómového čísla:

Tu sú niektoré z dôvodov, prečo je elektronická konfigurácia nevyhnutná:

1. Chemická reaktivita

Chemická reakcia atómu je určená jeho elektronickou konfiguráciou. Elektronická konfigurácia spôsobuje reakcie medzi prvkami, ktorých výsledkom sú zlúčeniny. Ako ľahko môže atóm získať, stratiť alebo zdieľať elektróny, aby vytvoril chemické väzby s inými atómami, závisí od počtu a usporiadania elektrónov na najvzdialenejšej energetickej úrovni, známej ako valenčný obal. Napríklad, aby sa dosiahla stabilná konfigurácia, prvky s jedným alebo dvoma elektrónmi vo svojom vonkajšom obale majú tendenciu tieto elektróny strácať, zatiaľ čo prvky s piatimi, šiestimi alebo siedmimi elektrónmi vo svojom najvonkajšom obale majú tendenciu tieto elektróny získavať. To pomáha pri predpovedaní druhov zlúčenín, ktoré môžu vytvárať rôzne prvky.

linuxový správca úloh

2. Vlastnosti lepenia

Druhy chemických väzieb, ktoré sa môžu vyvinúť medzi atómami, sú tiež určené ich elektronickou konfiguráciou. Kovalentné väzby sa typicky tvoria medzi atómami s porovnateľnými elektronickými konfiguráciami, zatiaľ čo iónové väzby sa typicky tvoria medzi atómami s rôznymi konfiguráciami. Intenzitu a stabilitu vytvorených chemických väzieb ovplyvňuje aj elektrónová konfigurácia. Napríklad štyri valenčné elektróny v elektrónovej konfigurácii atómu uhlíka umožňujú vytvárať stabilné kovalentné väzby s inými atómami uhlíka, čo vedie k vytvoreniu širokej škály organických zlúčenín.

3. Fyzikálne vlastnosti

Fyzikálne vlastnosti prvku, ako je jeho teplota topenia a varu, hustota a vodivosť, sú tiež ovplyvnené jeho elektronickou štruktúrou. Počet elektrónov a spôsob ich usporiadania vo valenčnom obale rozhoduje o sile interakcií atómov, čo ovplyvňuje, ako sa prvok správa fyzicky. Napríklad, pretože ich voľné elektróny sú schopné ľahko sa pohybovať a viesť elektrinu, kovy majú vysokú elektrickú a tepelnú vodivosť.

4. Periodické trendy

Periodická tabuľka je organizovaná pomocou periodických trendov, pretože je založená na elektrónovej štruktúre atómov. Pravidelné vzory rozptylu vo vlastnostiach prvkov v periodickej tabuľke sa označujú ako periodické trendy. Zmeny v elektronickej konfigurácii atómov a ich vplyv na veľkosť, reaktivitu a väzbové charakteristiky prvkov možno použiť na pochopenie týchto trendov.

Stručne povedané, znalosť elektronickej konfigurácie atómu je potrebná na pochopenie jeho molekulárnych aj fyzikálnych charakteristík. Je to nevyhnutné na predpovedanie chemického správania prvku a schopnosti spájať sa s inými prvkami a vytvárať zlúčeniny. Pochopenie elektronickej konfigurácie tiež pomáha pri vysvetľovaní periodických vzorcov a rozdielov v elementárnych vlastnostiach v periodickej tabuľke.