Ποια είναι η εξωτερική ηλεκτρονική διαμόρφωση;

Το ηλεκτρονική διαμόρφωση, ονομάζεται επίσης ηλεκτρονική δομή, είναι η διάταξη των ηλεκτρονίων σε επίπεδα ενέργειας γύρω από έναν ατομικό πυρήνα.

Σύμφωνα με τον πρώην ατομικό μοντέλο Bohr, τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν διάφορα επίπεδα σε τροχιές γύρω από τον πυρήνα, το πρώτο που βρίσκεται πλησιέστερα προς τον πυρήνα, Κ, με την έβδομη Q στρώμα στρώμα, το οποίο είναι το πλέον απομακρυσμένο από τον πυρήνα.

Από την άποψη ενός πιο εξελιγμένο κβαντικό μηχανικό μοντέλο, τα στρώματα Κ-Q υποδιαιρούνται σε μια σειρά από τροχιακά, καθένα από τα οποία μπορεί να καταλαμβάνεται από όχι περισσότερο από ένα ζεύγος ηλεκτρονίων (Encyclopædia Britannica, 2011).

Κοινώς, η ηλεκτρονική διαμόρφωση χρησιμοποιείται για να περιγράψει τα τροχιακά ενός ατόμου σε θεμελιώδη κατάσταση του, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να αντιπροσωπεύουν ένα άτομο που έχει ιονισμένο σε ένα κατιόν ή ανιόν, αντισταθμίζοντας την απώλεια ή το κέρδος των ηλεκτρονίων στις αντίστοιχες τροχιακά τους.

Πολλές από τις φυσικές και χημικές ιδιότητες των στοιχείων μπορούν να συσχετιστούν με τις μοναδικές ηλεκτρονικές τους διαμορφώσεις. Τα ηλεκτρόνια σθένους, τα ηλεκτρόνια στο εξώτατο στρώμα, είναι ο καθοριστικός παράγοντας για τη μοναδική χημεία του στοιχείου.

Βασικές έννοιες ηλεκτρονικών διαμορφώσεων

Πριν από την ανάθεση των ηλεκτρονίων ενός ατόμου στα τροχιακά, πρέπει να εξοικειωθούμε με τις βασικές έννοιες των ηλεκτρονικών διαμορφώσεων. Κάθε στοιχείο του Περιοδικού Πίνακα αποτελείται από άτομα, τα οποία αποτελούνται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια.

Τα ηλεκτρόνια εμφανίζουν αρνητικό φορτίο και βρίσκονται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου στα τροχιακά του ηλεκτρονίου, που ορίζεται ως ο όγκος του χώρου στον οποίο μπορεί να βρεθεί το ηλεκτρόνιο με πιθανότητα 95%.

Οι τέσσερις διαφορετικοί τύποι τροχιακών (s, p, d, και f) έχουν διαφορετικά σχήματα και ένα τροχιακό μπορεί να περιέχει μέχρι δύο ηλεκτρόνια. Τα πτερύγια p, d και f έχουν διαφορετικές υποπεριοχές, έτσι μπορούν να περιέχουν περισσότερα ηλεκτρόνια.

Όπως υποδεικνύεται, η ηλεκτρονική διαμόρφωση κάθε στοιχείου είναι μοναδική για τη θέση του στον περιοδικό πίνακα. Το επίπεδο ενέργειας καθορίζεται από την περίοδο και ο αριθμός των ηλεκτρονίων δίνεται από τον ατομικό αριθμό του στοιχείου.

Τα τροχιακά σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας είναι παρόμοια μεταξύ τους, αλλά καταλαμβάνουν διαφορετικές περιοχές στο διάστημα.

Η τροχιακή τροχιά 1s και η τροχιά του 2s έχουν τα χαρακτηριστικά ενός τροχιακού s (ακτινικοί κόμβοι, πιθανότητες σφαιρικού όγκου, μπορούν να περιέχουν μόνο δύο ηλεκτρόνια κ.λπ.). Αλλά, όπως βρίσκονται σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας, καταλαμβάνουν διαφορετικούς χώρους γύρω από τον πυρήνα. Κάθε τροχιά μπορεί να αναπαρασταθεί από συγκεκριμένα μπλοκ στον περιοδικό πίνακα.

Το μπλοκ s είναι η περιοχή των αλκαλικών μετάλλων όπως το ήλιο (Ομάδες 1 και 2), μπλοκ d είναι τα μέταλλα μετάπτωσης (Ομάδες 3 έως 12), μπλοκ ρ είναι τα κύρια στοιχεία ομάδα των Ομάδων 13 έως 18 , και το μπλοκ f είναι η λανθανιδών και ακτινιδών σειρά (Faizi, 2016).

Εικόνα 1: Στοιχεία του περιοδικού πίνακα και των περιόδων τους που ποικίλλουν ανάλογα με τα επίπεδα ενέργειας των τροχιακών.

Αρχή της Aufbau

Το Aufbau προέρχεται από τη γερμανική λέξη "Aufbauen" που σημαίνει "να οικοδομήσουμε". Στην ουσία, όταν γράφουμε ηλεκτρονικές διαμορφώσεις, χτίζουμε τροχιακά ηλεκτρονίων καθώς μεταφέρουμε από ένα άτομο σε άλλο.

Καθώς γράφουμε την ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός ατόμου, θα γεμίσουμε τα τροχιακά με αυξανόμενη σειρά ατομικού αριθμού.

Η αρχή του Aufbau προέρχεται από την αρχή αποκλεισμού Pauli που λέει ότι δεν υπάρχουν δύο φερμιόνια (π.χ. ηλεκτρόνια) σε ένα άτομο. Μπορεί να έχουν το ίδιο σύνολο κβαντικών αριθμών, οπότε πρέπει να "στοιβάζονται" σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας.

Η συσσώρευση ηλεκτρονίων είναι θέμα ηλεκτρονικών διαμορφώσεων (Aufbau Principle, 2015).

Τα σταθερά άτομα έχουν τόσα ηλεκτρόνια όπως τα πρωτόνια στον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια συγκεντρώνονται γύρω από τον πυρήνα σε κβαντικά τροχιακά, ακολουθώντας τέσσερις βασικούς κανόνες που ονομάζονται αρχή Aufbau.

1. Δεν υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια στο άτομο που μοιράζονται τους ίδιους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς n, l, m, και s.
2. Τα ηλεκτρόνια θα καταλάβουν πρώτα τα τροχιακά της χαμηλότερης ενεργειακής στάθμης.
3. Τα ηλεκτρόνια θα γεμίζουν πάντα τις τροχιές με τον ίδιο αριθμό περιστροφής. Όταν τα τροχιακά είναι γεμάτα, θα αρχίσει.
4. Τα ηλεκτρόνια θα γεμίσουν τα τροχιακά με το άθροισμα των κβαντικών αριθμών n και l. Τα τροχιακά με ίσες τιμές (n + 1) θα γεμίσουν πρώτα με τις τιμές του n χαμηλότερες.

Ο δεύτερος και ο τέταρτος κανόνας είναι βασικά οι ίδιοι. Ένα παράδειγμα του κανόνα τεσσάρων θα ήταν τα 2ρ και 3s τροχιακά.

Ένα τροχιακό 2p είναι n = 2 και l = 2 και 3s τροχιακό είναι n = 3 και l = 1 (Ν + l) = 4 και στις δύο περιπτώσεις, αλλά η 2p τροχιακό που έχει την χαμηλότερη ενέργεια ή χαμηλότερη τιμή n θα γεμίσουν πριν από την 3s.

Ευτυχώς, το διάγραμμα Moeller που φαίνεται στο σχήμα 2 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πλήρωση ηλεκτρονίων. Το γράφημα διαβάζεται με εκτέλεση διαγωνίων από 1 δευτερόλεπτα.

Εικόνα 2: Διάγραμμα Moeller για την πλήρωση της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης.

Το σχήμα 2 δείχνει τα ατομικά τροχιακά και τα βέλη ακολουθούν την πορεία που ακολουθεί.

Τώρα που είναι γνωστό ότι η σειρά των τροχιακών είναι πλήρης, το μόνο που μένει είναι να απομνημονεύσει το μέγεθος κάθε τροχιάς.

Οι τροχιές S έχουν 1 πιθανή τιμή m_l να περιέχει 2 ηλεκτρόνια

Οι τροχιές P έχουν 3 πιθανές τιμές m_l να περιέχει 6 ηλεκτρόνια

D έχουν 5 πιθανές τιμές m_l να περιέχει 10 ηλεκτρόνια

Οι τροχιές F έχουν 7 πιθανές τιμές m_l να περιέχει 14 ηλεκτρόνια

Αυτό είναι το μόνο που χρειάζεται για να προσδιοριστεί η ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός σταθερού ατόμου ενός στοιχείου.

Για παράδειγμα, πάρτε το στοιχείο του αζώτου. Το άζωτο έχει επτά πρωτόνια και επομένως επτά ηλεκτρόνια. Το πρώτο τροχιακό που θα γεμίσει είναι η τροχιά του 1ου.

Ένα τροχιακό έχει δύο ηλεκτρόνια, οπότε παραμένουν πέντε ηλεκτρόνια. Το επόμενο τροχιακό είναι το τροχιακό 2s και περιέχει τα επόμενα δύο. Τα τρία τελικά ηλεκτρόνια θα φτάσουν στο τροχιακό 2p που μπορεί να περιέχει έως και έξι ηλεκτρόνια (Helmenstine, 2017).

Σημασία της εξωτερικής ηλεκτρονικής διαμόρφωσης

Οι διαμορφώσεις ηλεκτρονίων παίζουν σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό των ιδιοτήτων των ατόμων.

Όλα τα άτομα της ίδιας ομάδας έχουν την ίδια εξωτερική ηλεκτρονική διάταξη με εξαίρεση τον ατομικό αριθμό n, γι 'αυτό έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες.

Μερικοί από τους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν τις ατομικές ιδιότητες περιλαμβάνουν το μέγεθος των μεγαλύτερων κατεχόμενα τροχιακά, η ενέργεια των τροχιακών της υψηλότερης ενέργειας, ο αριθμός των τροχιακών κενών θέσεων και τον αριθμό των ηλεκτρονίων στα τροχιακά υψηλότερης ενέργειας (Electron Διαμορφώσεις και οι ιδιότητες των ατόμων, SF).

Οι περισσότεροι ατομικής ιδιότητες μπορεί να σχετίζεται με το βαθμό της έλξης μεταξύ της εξωτερικής ηλεκτρονίων προς τον πυρήνα και ο αριθμός των ηλεκτρονίων στην εξωτερική στοιβάδα ηλεκτρονίων, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους.

Τα ηλεκτρόνια του εξωτερικού στρώματος είναι αυτά που είναι ικανά να σχηματίζουν ομοιοπολικούς χημικούς δεσμούς, είναι εκείνες με την ικανότητα να ιονίζουν να σχηματίσει κατιόντα ή ανιόντα είναι αυτά που δίνουν τα χημικά στοιχεία κατάσταση οξείδωσης (Khan, 2014).

Θα καθορίσουν επίσης την ατομική ακτίνα. Καθώς το n μεγαλώνει, η ατομική ακτίνα αυξάνεται. Όταν ένα άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο, θα υπάρξει συστολή της ατομικής ακτίνας λόγω της μείωσης του αρνητικού φορτίου γύρω από τον πυρήνα.

Τα ηλεκτρόνια του εξωτερικού στρώματος είναι εκείνες που θεωρούνται από την θεωρία δεσμού σθένους, θεωρία κρύσταλλο πεδίου και θεωρία των μοριακών τροχιακών για τις ιδιότητες των μορίων και υβριδισμών συνδέσμους (Bozeman Science, 2013).

Αναφορές

1. Αρχή Aufbau. (2015, 3 Ιουνίου). Ανακτήθηκε από τα χημικά ευρήματα: chem.libretexts.org.
2. Bozeman Science. (2013, Agoto 4). Ηλεκτρονική διαμόρφωση. Λαμβάνεται από το youtube: youtube.com.
3. Ηλεκτρονικές διαμορφώσεις και ιδιότητες των ατόμων. (S.F.). Από το oneonta.edu: oneonta.edu.
4. Encyclopædia Britannica. (2011, 7 Σεπτεμβρίου). Ηλεκτρονική διαμόρφωση. Λήψη από britannica: britannica.com.
5. Faizi, S. (2016, 12 Ιουλίου). Ηλεκτρονικές διαμορφώσεις. Λαμβάνεται από chem.libretexts: chem.libretexts.org.
6. Helmenstine, Τ. (2017, 7 Μαρτίου). Η αρχή Aufbau - Ηλεκτρονική δομή και η αρχή Aufbau. Λήψη από thoughtco: thoughtco.com.
7. Χαν, Σ. (2014, 8 Ιουνίου). Ηλεκτρονίων Valence και συγκόλληση. Από το khanacademy: khanacademy.org.