Konfigurasi elektronik atom ialah formula yang menunjukkan susunan elektron dalam atom mengikut peringkat dan subperingkat. Selepas mempelajari artikel itu, anda akan belajar di mana dan bagaimana elektron berada, berkenalan dengan nombor kuantum dan dapat membina konfigurasi elektronik atom dengan nombornya; pada akhir artikel terdapat jadual unsur.
Mengapa mengkaji konfigurasi elektronik unsur?
Atom adalah seperti set pembinaan: terdapat beberapa bahagian, mereka berbeza antara satu sama lain, tetapi dua bahagian dari jenis yang sama adalah sama. Tetapi set pembinaan ini jauh lebih menarik daripada yang plastik dan inilah sebabnya. Konfigurasi berubah bergantung pada siapa yang berdekatan. Contohnya, oksigen di sebelah hidrogen Mungkin bertukar menjadi air, apabila berhampiran natrium ia bertukar menjadi gas, dan apabila berhampiran besi ia sepenuhnya mengubahnya menjadi karat. Untuk menjawab persoalan mengapa ini berlaku dan meramalkan kelakuan atom di sebelah yang lain, adalah perlu untuk mengkaji konfigurasi elektronik, yang akan dibincangkan di bawah.
Berapakah bilangan elektron dalam atom?
Atom terdiri daripada nukleus dan elektron berputar di sekelilingnya; nukleus terdiri daripada proton dan neutron. Dalam keadaan neutral, setiap atom mempunyai bilangan elektron yang sama dengan bilangan proton dalam nukleusnya. Bilangan proton ditetapkan nombor siri unsur, sebagai contoh, sulfur, mempunyai 16 proton - unsur ke-16 jadual berkala. Emas mempunyai 79 proton - unsur ke-79 dalam jadual berkala. Oleh itu, sulfur mempunyai 16 elektron dalam keadaan neutral, dan emas mempunyai 79 elektron.
Di mana hendak mencari elektron?
Dengan memerhatikan tingkah laku elektron, corak tertentu diperolehi; mereka diterangkan dengan nombor kuantum, terdapat empat secara keseluruhan:
- Nombor kuantum utama
- Nombor kuantum orbit
- Nombor kuantum magnetik
- Putar nombor kuantum
Orbital
Selanjutnya, daripada perkataan orbit, kita akan menggunakan istilah "orbital"; orbit ialah fungsi gelombang elektron; secara kasarnya, ia adalah kawasan di mana elektron menghabiskan 90% masanya.
N - peringkat
L - cangkerang
M l - nombor orbit
M s - elektron pertama atau kedua dalam orbital
Nombor kuantum orbit l
Hasil daripada kajian awan elektron, didapati bahawa bergantung kepada tahap tenaga, awan mempunyai empat bentuk asas: bola, dumbbell dan dua bentuk lain yang lebih kompleks. Untuk meningkatkan tenaga, bentuk ini dipanggil s-, p-, d- dan f-shell. Setiap cangkerang ini boleh mempunyai 1 (pada s), 3 (pada p), 5 (pada d) dan 7 (pada f) orbital. Nombor kuantum orbit ialah cangkang di mana orbital berada. Nombor kuantum orbit untuk orbital s,p,d dan f masing-masing mengambil nilai 0,1,2 atau 3.
Terdapat satu orbital pada kulit-s (L=0) - dua elektron
Terdapat tiga orbital pada kulit p (L=1) - enam elektron
Terdapat lima orbital pada kulit d (L=2) - sepuluh elektron
Terdapat tujuh orbital pada kulit-f (L=3) - empat belas elektron
Nombor kuantum magnet m l
Terdapat tiga orbital pada kulit p, ia ditetapkan dengan nombor dari -L hingga +L, iaitu, untuk kulit p (L=1) terdapat orbital "-1", "0" dan "1" . Nombor kuantum magnetik dilambangkan dengan huruf m l.
Di dalam cangkang, lebih mudah bagi elektron untuk ditempatkan dalam orbital yang berbeza, jadi elektron pertama mengisi satu dalam setiap orbit, dan kemudian sepasang elektron ditambahkan pada setiap satu.
Pertimbangkan d-shell:
Kulit d sepadan dengan nilai L=2, iaitu, lima orbital (-2,-1,0,1 dan 2), lima elektron pertama mengisi kulit dengan mengambil nilai M l =-2, M l =-1, M l =0 , M l =1,M l =2.
Putaran nombor kuantum m s
Putaran ialah arah putaran elektron di sekeliling paksinya, terdapat dua arah, jadi nombor kuantum putaran mempunyai dua nilai: +1/2 dan -1/2. Satu sublevel tenaga hanya boleh mengandungi dua elektron dengan putaran bertentangan. Nombor kuantum putaran dilambangkan m s
Nombor kuantum utama n
Nombor kuantum utama ialah tahap tenaga pada masa ini tujuh tahap tenaga diketahui, setiap satu ditunjukkan dengan angka Arab: 1,2,3,...7. Bilangan cengkerang pada setiap peringkat adalah sama dengan nombor tahap: terdapat satu cangkerang pada tahap pertama, dua pada tahap kedua, dsb.
Nombor elektron
Jadi, mana-mana elektron boleh diterangkan dengan empat nombor kuantum, gabungan nombor ini adalah unik untuk setiap kedudukan elektron, ambil elektron pertama, tahap tenaga terendah ialah N = 1, pada tahap pertama terdapat satu petala, cangkerang pertama pada mana-mana peringkat mempunyai bentuk bola (s -shell), i.e. L=0, nombor kuantum magnet boleh mengambil hanya satu nilai, M l =0 dan putaran akan sama dengan +1/2. Jika kita mengambil elektron kelima (dalam apa jua atom itu), maka nombor kuantum utama untuknya ialah: N=2, L=1, M=-1, putaran 1/2.
Algoritma untuk menyusun formula elektronik unsur:
1. Tentukan bilangan elektron dalam atom menggunakan Jadual Berkala Unsur Kimia D.I. Mendeleev.
2. Dengan menggunakan bilangan tempoh di mana unsur itu terletak, tentukan bilangan aras tenaga; bilangan elektron dalam tahap elektronik terakhir sepadan dengan nombor kumpulan.
3. Bahagikan tahap kepada subperingkat dan orbital dan isikannya dengan elektron mengikut peraturan untuk mengisi orbital:
Perlu diingat bahawa tahap pertama mengandungi maksimum 2 elektron 1s 2, pada yang kedua - maksimum 8 (dua s dan enam R: 2s 2 2p 6), pada yang ketiga - maksimum 18 (dua s, enam hlm, dan sepuluh d: 3s 2 3p 6 3d 10).
- Nombor kuantum utama n sepatutnya minimum.
- Pertama untuk diisi s- sublevel, kemudian р-, d- b f- subperingkat.
- Elektron mengisi orbital mengikut urutan peningkatan tenaga orbital (peraturan Klechkovsky).
- Dalam subperingkat, elektron mula-mula menduduki orbital bebas satu demi satu, dan hanya selepas itu mereka membentuk pasangan (peraturan Hund).
- Tidak boleh ada lebih daripada dua elektron dalam satu orbital (prinsip Pauli).
Contoh.
1. Mari kita cipta formula elektronik untuk nitrogen. Nitrogen adalah nombor 7 dalam jadual berkala.
2. Mari kita cipta formula elektronik untuk argon. Argon ialah nombor 18 pada jadual berkala.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.
3. Mari cipta formula elektronik kromium. Chromium ialah nombor 24 pada jadual berkala.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5
Gambar rajah tenaga zink.
4. Mari kita cipta formula elektronik untuk zink. Zink adalah nombor 30 dalam jadual berkala.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
Sila ambil perhatian bahawa sebahagian daripada formula elektronik, iaitu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, ialah formula elektronik argon.
Formula elektronik zink boleh diwakili sebagai:
Apabila menulis formula elektronik untuk atom unsur, nyatakan tahap tenaga (nilai nombor kuantum utama n dalam bentuk nombor - 1, 2, 3, dsb.), subperingkat tenaga (nilai nombor kuantum orbital l dalam bentuk surat- s, hlm, d, f) dan nombor di bahagian atas menunjukkan bilangan elektron dalam subperingkat tertentu.
Elemen pertama dalam jadual ialah D.I. Mendeleev ialah hidrogen, oleh itu cas nukleus atom N sama dengan 1, atom mempunyai hanya satu elektron per s-subperingkat peringkat pertama. Oleh itu, formula elektronik atom hidrogen mempunyai bentuk:
Unsur kedua ialah helium; atomnya mempunyai dua elektron, jadi formula elektronik atom helium ialah 2 Tidak 1s 2. Tempoh pertama merangkumi hanya dua unsur, kerana tahap tenaga pertama diisi dengan elektron, yang hanya boleh diduduki oleh 2 elektron.
Unsur ketiga dalam urutan - litium - sudah berada dalam tempoh kedua, oleh itu, tahap tenaga kedua mula diisi dengan elektron (kami bercakap tentang perkara ini di atas). Pengisian tahap kedua dengan elektron bermula dengan s-sublevel, oleh itu formula elektronik atom litium ialah 3 Li 1s 2 2s 1 . Atom berilium selesai diisi dengan elektron s-subtahap: 4 Ve 1s 2 2s 2 .
Dalam unsur-unsur seterusnya tempoh ke-2, tahap tenaga kedua terus diisi dengan elektron, cuma sekarang ia diisi dengan elektron. R-subtahap: 5 DALAM 1s 2 2s 2 2R 1 ; 6 DENGAN 1s 2 2s 2 2R 2 … 10 Ne 1s 2 2s 2 2R 6 .
Atom neon melengkapkan pengisian dengan elektron R-sublevel, unsur ini menamatkan tempoh kedua, ia mempunyai lapan elektron, sejak s- Dan R-subperingkat hanya boleh mengandungi lapan elektron.
Unsur-unsur tempoh ke-3 mempunyai urutan yang sama untuk mengisi subperingkat tenaga peringkat ketiga dengan elektron. Rumus elektronik atom bagi beberapa unsur dalam tempoh ini adalah seperti berikut:
11 Na 1s 2 2s 2 2R 6 3s 1 ; 12 Mg 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 ; 13 Al 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 1 ;
14 Si 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 2 ;…; 18 Ar 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 .
Tempoh ketiga, seperti yang kedua, berakhir dengan unsur (argon), yang diisi sepenuhnya dengan elektron R-sublevel, walaupun tahap ketiga termasuk tiga sublevel ( s, R, d). Mengikut susunan subperingkat tenaga di atas mengikut peraturan Klechkovsky, tenaga subperingkat 3 d lebih banyak tenaga subtahap 4 s, oleh itu, atom kalium di sebelah argon dan atom kalsium di belakangnya diisi dengan elektron 3 s– subperingkat peringkat keempat:
19 KEPADA 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 4s 1 ; 20 Sa 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 4s 2 .
Bermula dari unsur ke-21 - skandium, subtahap 3 dalam atom unsur mula diisi dengan elektron d. Rumus elektronik atom unsur-unsur ini ialah:
21 Sc 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 4s 2 3d 1 ; 22 Ti 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 4s 2 3d 2 .
Dalam atom unsur ke-24 (kromium) dan unsur ke-29 (tembaga), fenomena yang dipanggil "kebocoran" atau "kegagalan" elektron diperhatikan: elektron dari 4 luar. s– subperingkat “jatuh” sebanyak 3 d– tahap bawah, melengkapkan mengisi separuh jalan (untuk kromium) atau sepenuhnya (untuk kuprum), yang menyumbang kepada kestabilan atom yang lebih besar:
24 Cr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 4s 1 3d 5 (bukannya...4 s 2 3d 4) dan
29 Cu 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 4s 1 3d 10 (bukannya...4 s 2 3d 9).
Bermula dari unsur ke-31 - galium, pengisian tahap ke-4 dengan elektron berterusan, sekarang - R– peringkat bawahan:
31 Ga 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 4s 2 3d 10 4hlm 1 …; 36 Kr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 4s 2 3d 10 4hlm 6 .
Elemen ini menamatkan tempoh keempat, yang sudah merangkumi 18 elemen.
Susunan yang serupa untuk mengisi subperingkat tenaga dengan elektron berlaku dalam atom unsur tempoh ke-5. Untuk dua yang pertama (rubidium dan strontium) ia diisi s– subtahap tahap ke-5, untuk sepuluh unsur berikutnya (dari yttrium ke kadmium) diisi d– subperingkat peringkat ke-4; Tempoh itu dilengkapkan oleh enam unsur (dari indium hingga xenon), yang atom-atomnya diisi dengan elektron. R– subperingkat luaran, peringkat kelima. Terdapat juga 18 elemen dalam satu tempoh.
Untuk elemen tempoh keenam, susunan pengisian ini dilanggar. Pada permulaan tempoh, seperti biasa, terdapat dua unsur yang atomnya diisi dengan elektron s– subperingkat luar, keenam, peringkat. Unsur seterusnya di belakangnya, lanthanum, mula diisi dengan elektron d– subperingkat peringkat sebelumnya, i.e. 5 d. Ini melengkapkan pengisian dengan elektron 5 d-sublevel berhenti dan 14 elemen seterusnya - dari cerium ke lutetium - mula mengisi f-subperingkat peringkat 4. Unsur-unsur ini semuanya disertakan dalam satu sel jadual, dan di bawah ialah barisan elemen ini yang diperluas, dipanggil lantanida.
Bermula dari unsur ke-72 - hafnium - hingga unsur ke-80 - merkuri, pengisian dengan elektron diteruskan 5 d-sublevel, dan tempohnya berakhir, seperti biasa, dengan enam unsur (dari thallium hingga radon), yang atomnya diisi dengan elektron R– subperingkat luar, keenam, peringkat. Ini adalah tempoh terbesar, termasuk 32 elemen.
Dalam atom unsur kala ketujuh, tidak lengkap, susunan subperingkat pengisian yang sama kelihatan seperti yang diterangkan di atas. Kami membenarkan pelajar menulis sendiri formula elektronik atom unsur-unsur tempoh ke-5 – ke-7, dengan mengambil kira semua yang dinyatakan di atas.
Catatan:Di sesetengah buku teks susunan yang berbeza untuk menulis formula elektronik atom unsur dibenarkan: bukan mengikut urutan pengisiannya, tetapi mengikut bilangan elektron yang diberikan dalam jadual pada setiap tahap tenaga. Sebagai contoh, formula elektronik atom arsenik mungkin kelihatan seperti: As 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3hlm 6 3d 10 4s 2 4hlm 3 .
