Elektronisk konfigurasjon

De fordeling av elektroner i et atom eller molekyl blir referert til som dets 'elektroniske konfigurasjon', som definerer energinivåene og orbitalene som elektronene okkuperer. Et grunnstoffs atomnummer, som tilsvarer antall protoner i atomets kjerne, bestemmer elementets elektroniske konfigurasjon.

Mengden elektroner i hvert skall og underskall er vanligvis representert av en sekvens av tall og bokstaver, for eksempel 1s 2s²2p⁶, når man beskriver den elektroniske konfigurasjonen til et atom. Hovedkvantetallet, som korrelerer med elektronets energinivå eller skall, er representert av det første tallet i sekvensen. Vinkelmomentets kvantenummer bestemmer hvilken bokstav etter hovedkvantetallet som angir elektronets underskall eller orbital.

Et orbitaldiagram eller elektronskalldiagram, som viser arrangementet av elektroner innenfor energinivåene og orbitalene til atomet, kan også brukes til å skildre den elektroniske konfigurasjonen til et atom. Hver orbital er symbolisert med en boks eller sirkel i et orbitaldiagram, og hvert elektron er symbolisert med en pil som går opp eller ned for å angi spinn.

Et atoms elektroniske struktur spiller en betydelig rolle i å bestemme mange av grunnstoffets kjemiske og fysiske egenskaper. For eksempel er et atoms reaktivitet, bindingsegenskaper og kapasitet til å delta i kjemiske reaksjoner alle påvirket av mengden og arrangementet av elektronene. Mengden energi som trengs for å trekke ut et elektron fra et atom er kjent som dets ioniseringsenergi, som også bestemmes av den elektroniske konfigurasjonen til atomet.

Et grunnstoffs plassering på det periodiske system, som er en liste over elementene arrangert i økende rekkefølge etter atomnummer, kan også forutsies ved hjelp av elementets elektroniske konfigurasjon. Det periodiske systemet grupperer sammen elementer som har sammenlignbare elektroniske konfigurasjoner og tilsvarende egenskaper.

Pauli eksklusjonsprinsippet, som hevder at ingen to elektroner i et atom kan ha det samme settet med kvantetall, dikterer den elektroniske konfigurasjonen til et atom. Følgelig må hvert elektron i et atom bo i et distinkt energinivå og orbital, og hver orbital kan bare romme et par elektroner med motsatt spinn.

funksjoner i c

Ulike spektroskopiske metoder kan brukes til direkte å etablere den elektroniske konfigurasjonen til et atom. For eksempel kan den elektriske konfigurasjonen til et atom i grunntilstanden bestemmes ved hjelp av emisjonsspekteret til et grunnstoff, og energinivåene til elektronene i atomet kan bestemmes ved hjelp av elementets absorpsjonsspektrum.

Avslutningsvis er et atoms elektroniske konfigurasjon en grunnleggende komponent i strukturen og påvirker en rekke av dets kjemiske og fysiske egenskaper. Et elements atomnummer bestemmer dets elektroniske konfigurasjon, som kan vises som en serie tall og symboler, et banediagram eller et elektronskalldiagram. Pauli eksklusjonsprinsippet, som eksperimentelt kan finnes ved bruk av spektroskopiske metoder, dikterer den elektroniske konfigurasjonen av et atom.

Elektroniske konfigurasjoner er nyttige for:

• Å finne ut et elements valens.
• Forutsi en gruppe grunnstoffers egenskaper (egenskapene til elementer med lignende elektronkonfigurasjon er ofte identiske).
• Analysere atomspektrum.

Hvordan skrive elektronisk konfigurasjon

Skjell

Basert på hovedkvantetallet kan det største antallet elektroner som får plass i et skall beregnes (n). Formelen for det er 2n², hvor n er skallnummeret. Tabellene nedenfor viser skjellene, n-verdiene og det totale antallet elektroner som kan passe.

Subshells

• Det asimutale kvantetallet (representert med bokstaven 'l') bestemmer underskallene som elektronene er delt inn i.
• Verdien av hovedkvantetallet, n, bestemmer verdien av dette kvantetallet. Som et resultat er det fire distinkte underskall som kan eksistere når n er lik 4.
• Når n=4. s, p, d og f underskallene er de tilsvarende underskallene for henholdsvis l=0, l=1, l=2 og l=3.
• Ligningen 2*(2l+1) angir hvor mange elektroner et underskall kan inneholde i sin maksimale kapasitet.
• Derfor er det største antallet elektroner som kan passe inn i s, p, d og f underskallene henholdsvis 2, 6, 10 og 14.

Notasjon

• Ved å bruke subshell-etiketter beskrives elektronkonfigurasjonen til et atom. Disse etikettene inkluderer delskallnummeret og skallnummeret, som bestemmes av hovedkvantenummeret.
• betegnelsen (gitt av det asimutale kvantetallet) og, i overskrift, det totale antallet elektroner i underskallet.
• For eksempel vil notasjonen være '1s²' hvis det var to elektroner i underskallet til det første skallet.
• Elektronkonfigurasjonen til aluminium (atomnummer 13) kan uttrykkes som 1s²2s²2p⁶3s²3 s¹ved å bruke disse subshell-etikettene.

Aufbau-prinsippet, Pauli-eksklusjonsprinsippet og Hunds regel brukes til å fylle atomorbitaler. Disse retningslinjene hjelper til med å bestemme hvordan elektronene okkuperer de tilgjengelige orbitalene.

Strukturprinsipp:

I henhold til Aufbau-prinsippet okkuperer elektroner orbitaler i retning av økende energi. Dette indikerer at før de fyller orbitaler med høyere energi, vil elektroner først fylle de med lavere energi. Det periodiske systemet kan brukes til å bestemme orbitalenes energinivåer i rekkefølge. Etikettene for orbitalene er en kombinasjon av bokstaver og tall: bokstaven angir baneformen eller underskallet (s, p, d, f), og tallet angir hovedkvantetallet (n), som definerer energinivået til orbital.

Pauli eksklusjonsprinsipp:

Ingen to elektroner i et atom kan ha samme samling av fire kvantetall (n, l, ml og ms), i henhold til Pauli-eksklusjonsprinsippet. Det største antallet elektroner som får plass i hver orbital er to, og de må ha motsatte spinn.

selen tutorial java

Hund's Rule:

I følge Hunds regel vil elektroner først bebo separate orbitaler med samme spinn når de fyller degenererte orbitaler (orbitaler med samme energi). Følgelig vil elektroner i degenererte orbitaler hele tiden forsøke å maksimere deres totale spinn.

Fyllingsrekkefølgen til atomorbitaler kan fastsettes ved hjelp av disse prinsippene.

Orbitalene fylles ut i følgende rekkefølge:

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p og så videre
• Ta belastningen av karbon som et eksempel for å demonstrere dette (atomnummer 6). Seks elektroner er tilstede i karbon, og de vil okkupere de tilgjengelige orbitalene på den måten som er angitt ovenfor.
• 1s-orbitalen vil bli fylt av de to første elektronene. 2s orbital vil bli fylt av de neste to elektronene. To av de tre mulige 2p-orbitalene vil bli okkupert av ett elektron hver av de resterende to elektronene. Karbon har nå elektronstrukturen 1s²2s²2p².

Avslutningsvis kontrollerer Aufbau-prinsippet, Pauli-ekskluderingsprinsippet og Hunds regel hvordan atomorbitaler fylles opp. Hvert element har en annen konfigurasjon av elektroner som et resultat av disse reglene, som hjelper til med å bestemme rekkefølgen som elektroner okkuperer de tilgjengelige orbitalene.

registeroverføringslogikk

Elektronisk konfigurasjon av de første 30 elementene, i rekkefølge etter økende atomnummer:

Her er noen av grunnene til at elektronisk konfigurasjon er viktig:

1. Kjemisk reaktivitet

Et atoms kjemiske reaksjon bestemmes av dets elektroniske konfigurasjon. Den elektroniske konfigurasjonen er det som får reaksjoner mellom grunnstoffer til å resultere i forbindelser. Hvor lett et atom kan tilegne seg, miste eller dele elektroner for å danne kjemiske bindinger med andre atomer avhenger av antall og arrangement av elektroner i det ytterste energinivået, kjent som valensskallet. For eksempel, for å oppnå en stabil konfigurasjon, har elementer med ett eller to elektroner i sitt ytterste skall en tendens til å miste disse elektronene, mens elementer med fem, seks eller syv elektroner i sitt ytterste skall har en tendens til å tilegne seg disse elektronene. Dette hjelper med å forutsi hvilke typer forbindelser som ulike elementer kan skape.

2. Bindingsegenskaper

Hva slags kjemiske bindinger som kan utvikles mellom atomer, bestemmes også av deres elektroniske konfigurasjon. Kovalente bindinger dannes vanligvis mellom atomer med sammenlignbare elektroniske konfigurasjoner, mens ioniske bindinger vanligvis dannes mellom atomer med forskjellige konfigurasjoner. Intensiteten og stabiliteten til de opprettede kjemiske bindingene påvirkes også av den elektroniske konfigurasjonen. For eksempel gjør de fire valenselektronene i karbonatomets elektroniske konfigurasjon det mulig å danne stabile kovalente bindinger med andre karbonatomer, noe som resulterer i dannelsen av et bredt utvalg av organiske forbindelser.

3. Fysiske egenskaper

De fysiske egenskapene til et element, som dets smelte- og kokepunkt, tetthet og ledningsevne, påvirkes også av dets elektroniske struktur. Antall elektroner og hvordan de er ordnet i valensskallet avgjør styrken til atomenes interaksjoner, noe som påvirker hvordan et grunnstoff oppfører seg fysisk. For eksempel, fordi deres frie elektroner lett kan bevege seg og lede elektrisitet, har metaller høy elektrisk og termisk ledningsevne.

4. Periodiske trender

Det periodiske systemet er organisert ved hjelp av periodiske trender fordi det er basert på den elektroniske strukturen til atomer. De vanlige variansmønstrene i egenskapene til grunnstoffer over det periodiske systemet omtales som periodiske trender. Endringer i den elektroniske konfigurasjonen av atomer og deres innvirkning på størrelsen, reaktiviteten og bindingsegenskapene til elementer kan brukes til å forstå disse trendene.

For å oppsummere er kunnskap om et atoms elektroniske konfigurasjon nødvendig for å forstå både dets molekylære og fysiske egenskaper. Det er viktig for å forutsi et elements kjemiske oppførsel og kapasitet til å kombinere med andre elementer for å lage forbindelser. Å forstå elektronisk konfigurasjon hjelper også med å forklare periodiske mønstre og forskjeller i elementære egenskaper på tvers av det periodiske systemet.