Chemija · Pamoka
Elektronų konfigūracijos ir valentiniai elektronai
Skaitykite konfigūraciją kaip nurodyto atomo ar jono elektronų skaičiaus suvestinę. Taikykite užpildymo taisykles atsižvelgdami į jų taikymo ribas ir tikrinkite žinomas pagrindinės būsenos išimtis.
Grįžti į chemijos planąBaigę pamoką, galėsite
- Suskaičiuoti elektronus konfigūracijoje.
- Taikyti Paulio ir Hundo užpildymo taisykles paprastoje orbitalių diagramoje.
- Atskirti naudingą užpildymo atmintinę nuo stebėjimais nustatytų pagrindinės būsenos duomenų.
Viršutiniai indeksai nurodo elektronų skaičių
Elektronų konfigūracija nurodo užimtus posluoksnius ir elektronų skaičių juose. Neutralaus deguonies atomo pagrindinės būsenos konfigūracija yra 1s² 2s² 2p⁴. Viršutinių indeksų suma yra 2 + 2 + 4 = 8 ir neutralaus atomo atveju sutampa su deguonies atominiu skaičiumi. Krūvis keičia tai, kiek elektronų turi būti: teigiamasis vienatomis jonas turi mažiau elektronų, nei nurodo jo Z vertė.
Sutrumpintame užraše su tauriųjų dujų simboliu vidinių elektronų konfigūracija pakeičiama simboliu laužtiniuose skliaustuose. [Ar] žymi aštuoniolika elektronų, atitinkančių neutralaus argono atomo elektronų konfigūraciją. Tai patogus užrašymo būdas, o ne aštuoniolika papildomų elektronų, pridedamų prie išskleistos konfigūracijos. Visada nurodykite dalelės rūšį ir tai, ar konfigūracija atitinka pagrindinę, ar sužadintąją būseną.
Langelius ir rodykles naudokite apskaitai
Paulio principas leidžia vienoje erdvinėje orbitalėje būti daugiausia dviem elektronams su priešingomis sukinio projekcijomis. Pagal įvadinę Hundo pagrindinės būsenos užpildymo taisyklę, laikantis nurodyto modelio, lygiavertės orbitalės pirmiausia užpildomos po vieną elektroną su lygiagrečiomis sukinio projekcijomis ir tik tada elektronai poruojami. Deguonies trims 2p orbitalėms ir keturiems elektronams galima užpildymo schema yra [↑↓] [↑] [↑].
Šioje schemoje yra du nesuporuoti elektronai. Šiame scheminiame vaizde pora gali būti bet kuriame iš lygiaverčių langelių. Langelio padėtis iš kairės į dešinę nėra išmatuota vieta. Rodyklės vaizduoja sukinio projekcijas pagal orbitalių pamokoje taikomą susitarimą, o ne mechaninį sukimąsi ar judėjimą erdvėje.
Patikrinkite, ar rezultatas atitinka dalelės rūšį
Įprastas mnemoninis Aufbau, arba įstrižaininio užpildymo, metodas nustato posluoksnių eilę ir padeda sudaryti daugelį naudingų įvadinių pagrindinės būsenos konfigūracijų. Tikrosios daugelio elektronų sistemų pagrindinės būsenos priklauso nuo visos konfigūracijos energijų ir elektronų sąveikos. Kai posluoksnių energijos beveik sutampa, paprastos eilės gali nepakakti.
NIST nurodo, kad neutralaus chromo elektronų konfigūracija yra [Ar] 3d⁵ 4s¹, o neutralaus vario – [Ar] 3d¹⁰ 4s¹. Jų elektronų skaičiai yra 24 ir 29. Atitinkamų viengubą teigiamąjį krūvį turinčių jonų pagrindinės būsenos aprašomos konfigūracijomis [Ar] 3d⁵ ir [Ar] 3d¹⁰. Neaiškinkite šių stebėjimų kaip tiesioginių elektronų šuolių, atliekamų siekiant atitikti mnemoninę taisyklę, ir neteigkite, kad 4s energija visada mažesnė už 3d energiją esant bet kokiam užpildymui ir krūvio būsenai.
| Dalelė | Konfigūracija | Elektronų skaičius neįskaitant [Ar] | Bendras elektronų skaičius |
|---|---|---|---|
| Cr, neutralusis atomas | [Ar] 3d⁵ 4s¹ | 5 + 1 | 24 |
| Cr⁺ | [Ar] 3d⁵ | 5 | 23 |
| Cu, neutralus | [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ | 10 + 1 | 29 |
| Cu⁺ | [Ar] 3d¹⁰ | 10 | 28 |
NIST pateikti nurodytų neutraliųjų atomų ir vienkrūvių teigiamų jonų pagrindinės būsenos aprašai. [Ar] atitinka 18 elektronų; lyginkite konkrečių dalelių duomenis, užuot taikę vieną universalų posluoksnių eiliškumo aiškinimą.
Valentinių elektronų apibūdinimas priklauso nuo konteksto
Daugeliui pagrindinių grupių atomų išorinis elektronų turintis pagrindinis sluoksnis leidžia naudingai suskaičiuoti valentinius elektronus įvadiniu lygmeniu. Taip skaičiuojant, deguonis turi šešis išorinio sluoksnio elektronus, kurių konfigūracija yra 2s² 2p⁴. Šie elektronai svarbūs cheminiams ryšiams, o vidinė 1s² elektronų pora priskiriama atomo kamienui.
Pereinamųjų metalų cheminiuose procesuose gali dalyvauti ir išoriniai s, ir artimi d elektronai, todėl supaprastintas būdas, kai skaičiuojami tik išorinio sluoksnio elektronai, nėra universalus. Konfigūracijos padeda paaiškinti dėsningumus, tačiau vien jų nepakanka išsamiai kiekybiškai prognozuoti kiekvieną ryšį, krūvį ar reakciją. Šios sąsajos išsamiau nagrinėjamos vėlesniuose skyriuose apie cheminius ryšius ir neorganinę chemiją.
Išnagrinėti pavyzdžiai
Deguonies orbitalių užpildymas
Neutraliam pagrindinės būsenos deguonies atomui patikrinkite elektronų skaičių ir, taikydami paprastą skaičiavimą, nesuporuotų 2p elektronų skaičių.
- Sudėjus 1s² 2s² 2p⁴ elektronus, gaunami aštuoni elektronai.
- Į tris lygiaverčių 2p orbitalių langelius pirmiausia įrašoma po vieną vienodos krypties rodyklę.
- Ketvirtasis 2p elektronas viename langelyje sudaro porą, todėl lieka du langeliai, kuriuose yra po vieną elektroną.
Šiame įvadiniame orbitalių užpildymo modelyje iš viso yra aštuoni elektronai, iš kurių du nesuporuoti.
Pabandykite patys
Kiek elektronų aprašo konfigūracija 1s² 2s² 2p⁴?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Aštuonis.
Sudėkite posluoksnių viršutinius indeksus.
Ar prie elektronų konfigūracijos, jau visiškai išskleistos nuo 1s, reikėtų pridėti 18 elektronų, žymimų [Ar]?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Sutrumpintas žymėjimas pakeičia atitinkamus vidinių elektronų konfigūracijos narius, o ne prideda dar vieną vidinių elektronų rinkinį.
Kiek nesuporuotų rodyklių lieka pateiktoje deguonies 2p⁴ diagramoje?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Dvi.
Pagal įvadinę Hundo taisyklės schemą vienoje orbitalėje yra rodyklių pora, o kitose dviejose – po vieną rodyklę.
Kiek elektronų turi Cu⁺, kurio konfigūracija yra [Ar] 3d¹⁰?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
28.
Argono konfigūraciją atitinkančiame vidinių elektronų rinkinyje yra 18, o d posluoksnyje – 10; +1 jonas turi vienu elektronu mažiau nei neutralus vario atomas.
Ką verta įsidėmėti
- Visų elektronų turinčių posluoksnių viršutinius indeksus į sumą įtraukite po vieną kartą.
- Konfigūracijos nurodo atomą arba joną ir jo būseną.
- Orbitalių langeliai ir rodyklės – sutartiniai užpildymo žymenys.
- Remdamiesi stebėtomis konfigūracijomis, patikrinkite pildymo mnemoninės taisyklės taikymo ribas.
Šaltiniai
Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.
- Chemija, 2-asis leidimas, 6.4 Atomų elektroninė sandaraChemistry 2e, 6.4 Electronic Structure of AtomsŽinynas
- Chemija, 2-asis leidimas, 6.3 Kvantinės teorijos raidaChemistry 2e, 6.3 Development of Quantum TheoryŽinynas
- Pagrindinių atominių spektroskopinių duomenų žinynas: chromo atomų duomenysHandbook of Basic Atomic Spectroscopic Data: Chromium atomic dataŽinynas
- Pagrindinių atominių spektroskopinių duomenų žinynas: vario atomų duomenysHandbook of Basic Atomic Spectroscopic Data: Copper atomic dataŽinynas
- Pagrindinių atominių spektroskopinių duomenų žinynas: deguonies atomų duomenysHandbook of Basic Atomic Spectroscopic Data: Oxygen atomic dataŽinynas