TechCodeview

Elektronisk konfiguration

De fördelning av elektroner inom en atom eller molekyl kallas dess 'elektroniska konfiguration', som definierar de energinivåer och orbitaler som elektronerna upptar. Ett grundämnes atomnummer, vilket motsvarar antalet protoner i atomkärnan, bestämmer grundämnets elektroniska konfiguration.

Mängden elektroner i varje skal och subskal representeras vanligtvis av en sekvens av siffror och bokstäver, såsom 1s 2s²2p⁶, när man beskriver den elektroniska konfigurationen av en atom. Det huvudsakliga kvanttalet, som korrelerar med elektronens energinivå eller skal, representeras av det första talet i sekvensen. Vinkelmomentets kvantnummer bestämmer vilken bokstav efter det huvudsakliga kvanttalet som betecknar elektronens underskal eller orbital.

Ett omloppsdiagram eller elektronskaldiagram, som visar arrangemanget av elektroner inom atomens energinivåer och orbitaler, kan också användas för att avbilda en atoms elektroniska konfiguration. Varje orbital symboliseras av en ruta eller cirkel i ett orbitaldiagram, och varje elektron symboliseras av en pil som går upp eller ner för att beteckna dess spin.

En atoms elektroniska struktur spelar en betydande roll för att bestämma många av grundämnets kemiska och fysikaliska egenskaper. Till exempel påverkas en atoms reaktivitet, bindningsegenskaper och förmåga att delta i kemiska reaktioner av mängden och arrangemanget av dess elektroner. Mängden energi som behövs för att extrahera en elektron från en atom kallas dess joniseringsenergi, som också bestäms av atomens elektroniska konfiguration.

Ett grundämnes placering i det periodiska systemet, som är en lista över grundämnena ordnade i stigande ordning efter atomnummer, kan också förutsägas med hjälp av grundämnets elektroniska konfiguration. Det periodiska systemet grupperar element som har jämförbara elektroniska konfigurationer och motsvarande egenskaper.

Pauli uteslutningsprincipen, som hävdar att inga två elektroner i en atom kan ha samma uppsättning kvanttal, dikterar den elektroniska konfigurationen av en atom. Följaktligen måste varje elektron i en atom bo i en distinkt energinivå och orbital, och varje orbital kan bara rymma ett par elektroner med motsatt spin.

25 av 100

Olika spektroskopiska metoder kan användas för att direkt fastställa den elektroniska konfigurationen av en atom. Till exempel kan den elektriska konfigurationen av en atom i dess grundtillstånd bestämmas med hjälp av ett elements emissionsspektrum, och energinivåerna för elektronerna i atomen kan bestämmas med hjälp av elementets absorptionsspektrum.

Sammanfattningsvis är en atoms elektroniska konfiguration en grundläggande komponent i dess struktur och påverkar ett antal av dess kemiska och fysikaliska egenskaper. Ett elements atomnummer bestämmer dess elektroniska konfiguration, som kan visas som en serie siffror och symboler, ett omloppsdiagram eller ett elektronskalsdiagram. Pauli uteslutningsprincipen, som experimentellt kan hittas med spektroskopiska metoder, dikterar den elektroniska konfigurationen av en atom.

Elektroniska konfigurationer är användbara för:

• Att ta reda på ett elements valens.
• Förutsäga en grupp av elements egenskaper (egenskaperna hos element med liknande elektronkonfiguration är ofta identiska).
• Analysera atomspektrum.

Hur man skriver elektronisk konfiguration

Skal

Baserat på det huvudsakliga kvanttalet kan det största antalet elektroner som får plats i ett skal beräknas (n). Formeln för det är 2n², där n är skalnumret. Tabellerna nedan listar skalen, n-värden och det totala antalet elektroner som får plats.

Subshells

• Det azimutala kvanttalet (representerat av bokstaven 'l') bestämmer i vilka underskal elektroner delas in.
• Värdet på det huvudsakliga kvanttalet, n, bestämmer värdet på detta kvanttal. Som ett resultat finns det fyra distinkta underskal som kan existera när n är lika med 4.
• När n=4. s, p, d och f underskalen är motsvarande underskal för l=0, l=1, l=2 respektive l=3.
• Ekvationen 2*(2l+1) anger hur många elektroner ett underskal kan hålla i sin maximala kapacitet.
• Därför är det största antalet elektroner som kan passa in i underskalen s, p, d och f 2, 6, 10 respektive 14.

Notation

• Med hjälp av subshell-etiketter beskrivs elektronkonfigurationen för en atom. Dessa etiketter inkluderar subshell-numret och skalnumret, som bestäms av det huvudsakliga kvantnumret.
• beteckningen (som tillhandahålls av det azimutala kvantnumret) och, i upphöjd, det totala antalet elektroner i underskalet.
• Till exempel skulle notationen vara '1s²' om det fanns två elektroner i det första skalets underskal.
• Elektronkonfigurationen för aluminium (atomnummer 13) kan uttryckas som 1s²2s²2p⁶3s²3p¹använder dessa subshell-etiketter.

Aufbau-principen, Pauli-uteslutningsprincipen och Hunds regel används för att fylla atomorbitaler. Dessa riktlinjer hjälper till att bestämma hur elektronerna upptar de tillgängliga orbitalen.

Strukturprincip:

Enligt Aufbau-principen upptar elektroner orbitaler i riktning mot ökande energi. Detta indikerar att innan de fyller orbitaler med högre energi, kommer elektroner först att fylla orbitaler med lägre energi. Det periodiska systemet kan användas för att bestämma orbitalens energinivåer i ordning. Etiketterna för orbitaler är en kombination av bokstäver och siffror: bokstaven anger orbitalformen eller underskalet (s, p, d, f), och siffran anger det huvudsakliga kvanttalet (n), som definierar energinivån för orbital.

Pauli uteslutningsprincip:

Inga två elektroner i en atom kan ha samma samling av fyra kvanttal (n, l, ml och ms), enligt Paulis uteslutningsprincip. Det största antalet elektroner som får plats i varje orbital är två, och de måste ha motsatta snurr.

varför sträng oföränderlig i java

Hundens regel:

Enligt Hunds regel kommer elektroner först att bo i separata orbitaler med samma spinn när de fyller degenererade orbitaler (orbitaler med samma energi). Följaktligen kommer elektroner i degenererade orbitaler ständigt att försöka maximera sin totala spinn.

Fyllningsordningen för atomära orbitaler kan fastställas med hjälp av dessa principer.

Orbitalerna fylls i följande ordning:

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p och så vidare
• Ta laddningen av kol som ett exempel för att visa detta (atomnummer 6). Sex elektroner finns i kol, och de kommer att ockupera de tillgängliga orbitalerna på det sätt som anges ovan.
• 1s orbitalen kommer att fyllas av de två första elektronerna. 2s omloppsbanan kommer att fyllas av de kommande två elektronerna. Två av de tre möjliga 2p-orbitalerna kommer att upptas av en elektron vardera av de återstående två elektronerna. Kol har nu elektronstrukturen 1s²2s²2p².

Sammanfattningsvis styr Aufbau-principen, Pauli-uteslutningsprincipen och Hunds regel hur atomära orbitaler fylls. Varje element har en annan konfiguration av elektroner som ett resultat av dessa regler, som hjälper till att bestämma i vilken ordning elektronerna upptar de tillgängliga orbitalerna.

Elektronisk konfiguration av de första 30 elementen, i ordning efter ökande atomnummer:

Här är några av anledningarna till varför elektronisk konfiguration är viktig:

1. Kemisk reaktivitet

En atoms kemiska reaktion bestäms av dess elektroniska konfiguration. Den elektroniska konfigurationen är det som gör att reaktioner mellan grundämnen resulterar i föreningar. Hur lätt en atom kan förvärva, förlora eller dela elektroner för att bilda kemiska bindningar med andra atomer beror på antalet och arrangemanget av elektroner i den yttersta energinivån, känt som valensskalet. Till exempel, för att uppnå en stabil konfiguration, tenderar element med en eller två elektroner i sitt yttersta skal att förlora dessa elektroner, medan element med fem, sex eller sju elektroner i sitt yttersta skal tenderar att förvärva dessa elektroner. Detta hjälper till att förutsäga vilka typer av föreningar som olika element kan skapa.

2. Bindningsegenskaper

De typer av kemiska bindningar som kan utvecklas mellan atomer bestäms också av deras elektroniska konfiguration. Kovalenta bindningar bildas vanligtvis mellan atomer med jämförbara elektroniska konfigurationer, medan jonbindningar vanligtvis bildas mellan atomer med olika konfigurationer. Intensiteten och stabiliteten hos de skapade kemiska bindningarna påverkas också av den elektroniska konfigurationen. Till exempel gör de fyra valenselektronerna i kolatomens elektroniska konfiguration det möjligt för den att bilda stabila kovalenta bindningar med andra kolatomer, vilket resulterar i skapandet av en mängd olika organiska föreningar.

3. Fysiska egenskaper

De fysiska egenskaperna hos ett element, såsom dess smält- och kokpunkter, densitet och konduktivitet, påverkas också av dess elektroniska struktur. Antalet elektroner och hur de är ordnade i valensskalet avgör styrkan i atomernas interaktioner, vilket påverkar hur ett grundämne beter sig fysiskt. Till exempel, eftersom deras fria elektroner lätt kan röra sig och leda elektricitet, har metaller hög elektrisk och termisk ledningsförmåga.

4. Periodiska trender

Det periodiska systemet är organiserat med hjälp av periodiska trender eftersom det bygger på atomernas elektroniska struktur. De regelbundna variansmönstren i grundämnenas egenskaper över det periodiska systemet kallas periodiska trender. Förändringar i atomernas elektroniska konfiguration och deras inverkan på elements storlek, reaktivitet och bindningsegenskaper kan användas för att förstå dessa trender.

Sammanfattningsvis är kunskap om en atoms elektroniska konfiguration nödvändig för att förstå både dess molekylära och fysiska egenskaper. Det är viktigt för att förutsäga ett grundämnes kemiska beteende och förmåga att kombineras med andra grundämnen för att skapa föreningar. Att förstå elektronisk konfiguration hjälper också till att förklara periodiska mönster och skillnader i elementära egenskaper över det periodiska systemet.

siffror för alfabetet