КАКВА Е ВЪНШНАТА ЕЛЕКТРОННА КОНФИГУРАЦИЯ? - ХИМИЯ - 2025

В електронен конфигурация, също наречен електронната структура, е подреждането на електроните в енергийните нива около атомното ядро. Според стария атомен модел на Бор, електроните заемат различни нива в орбитите около ядрото, от първата обвивка, най-близка до ядрото, К, до седмата обвивка, Q, която е най-отдалечената от ядрото.

По отношение на по-усъвършенстван квантов механичен модел, KQ черупките са подразделени на набор от орбитали, всяка от които може да бъде заета от не повече от една двойка електрони.

Обикновено електронната конфигурация се използва за описание на орбиталите на атом в неговото основно състояние, но може също така да се използва за представяне на атом, който се е йонизирал в катион или анион, компенсирайки загубата или печалбата на електрони в съответните им орбитали.

Много от физичните и химичните свойства на елементите могат да бъдат свързани с техните уникални електронни конфигурации. Валентните електрони, електроните в най-външната обвивка, са определящият фактор за уникалната химия на елемента.

Основи на електронните конфигурации

Преди да присвоите електроните на един атом на орбитали, трябва да се запознаете с основите на електронните конфигурации. Всеки елемент в Периодичната таблица се състои от атоми, които са съставени от протони, неутрони и електрони.

Електроните проявяват отрицателен заряд и се намират около ядрото на атома в орбиталите на електрона, дефинирани като обем на пространството, в което електронът може да бъде намерен с 95% вероятност.

Четирите различни типа орбитали (s, p, d и f) имат различни форми и една орбитала може да побере максимум два електрона. Орбиталите p, d и f имат различни подравнини, така че могат да държат повече електрони.

Както е посочено, електронната конфигурация на всеки елемент е уникална по позицията му в периодичната таблица. Енергийното ниво се определя от периода, а броят на електроните се определя от атомния номер на елемента.

Орбиталите на различни енергийни нива са подобни една на друга, но заемат различни области в пространството.

Орбиталата 1s и 2s орбиталата имат характеристиките на s орбитала (радиални възли, вероятности от сферичен обем, те могат да съдържат само два електрона и т.н.). Но тъй като са на различни енергийни нива, те заемат различни пространства около ядрото. Всяка орбитала може да бъде представена от конкретни блокове в периодичната таблица.

S блокът е регионът на алкалните метали, включително хелия (групи 1 и 2), d блокът е преходните метали (групи от 3 до 12), р блокът е елементите на основната група от групи 13 до 18, И f блокът е серията лантанид и актинид.

Фигура 1: Елементи на периодичната таблица и техните периоди, които варират в зависимост от енергийните нива на орбиталите.

Принцип на Aufbau

Aufbau идва от немската дума "Aufbauen", която означава "да се строи". По същество, като пишем електронни конфигурации, ние изграждаме електронни орбитали, докато се движим от един атом на друг.

Докато пишем електронната конфигурация на атом, ще попълваме орбиталите в увеличаващ се ред на атомното число.

Принципът на Ауфбау произхожда от принципа на изключване на Паули, който казва, че в атом няма два фермиона (напр. Електрони). Те могат да имат еднакъв набор от квантови числа, така че трябва да се "подреждат" при по-високи енергийни нива.

Как се натрупват електрони е въпрос на електронни конфигурации (Принцип на Aufbau, 2015).

Стабилните атоми имат толкова много електрони, колкото протоните имат в ядрото. Електроните се събират около ядрото в квантови орбитали, следвайки четири основни правила, наречени принцип на Ауфбау.

1. В атома няма два електрона, които споделят едни и същи четири квантови числа n, l, m и s.
2. Електроните първо ще заемат орбиталите с най-ниско енергийно ниво.
3. Електроните винаги ще запълват орбиталите с едно и също число на въртене. Когато орбиталите са пълни, тя ще започне.
4. Електроните ще запълнят орбиталите чрез сумата от квантовите числа n и l. Орбиталите с равни стойности (n + l) ще бъдат запълнени първо с по-ниските n стойности.

Второто и четвъртото правило са основно еднакви. Пример за правило четири са орбиталите 2p и 3s.

Орбитала 2p е n = 2 и l = 2, а орбиталата 3s е n = 3 и l = 1. (N + l) = 4 в двата случая, но 2p орбиталата има най-ниската енергия или най-ниската n-стойност и ще се запълни преди слой 3s.

За щастие диаграмата на Moeller, показана на фигура 2, може да се използва за електронно запълване. Графиката се чете, като се изпълняват диагоналите от 1s.

Фигура 2: Моелерова схема на запълване на електронната конфигурация.

Фигура 2 показва атомните орбитали и стрелките следват пътя напред.

Сега, след като се знае, че редът на орбиталите е попълнен, остава само да запомните размера на всяка орбитала.

S орбиталите имат 1 възможна стойност от m _{l, за} да съдържат 2 електрона

P орбиталите имат 3 възможни стойности на _{мл, за} да съдържат 6 електрона

D орбиталите имат 5 възможни стойности на _{µl, за} да държат 10 електрона

F орбиталите имат 7 възможни стойности на m _{l, за} да държат 14 електрона

Това е всичко, което е необходимо за определяне на електронната конфигурация на стабилен атом на елемент.

Например вземете елемента азот. Азотът има седем протона и следователно седем електрона. Първата орбитала, която попълва, е орбитата 1s.

Орбиталата s има два електрона, така че са останали пет електрона. Следващата орбитала е орбиталата на 2s и съдържа следващите две. Последните три електрона ще отидат в орбитала 2p, която може да побере до шест електрона (Helmenstine, 2017).

Значение на външната електронна конфигурация

Електронните конфигурации играят важна роля при определянето на свойствата на атомите.

Всички атоми от една и съща група имат една и съща външна електронна конфигурация с изключение на атомното число n, поради което имат сходни химични свойства.

Някои от ключовите фактори, които влияят върху атомните свойства, включват размера на най-големите заети орбитали, енергията на орбиталите с по-висока енергия, броя на орбиталните свободни места и броя на електроните във орбиталите с по-висока енергия.

Повечето атомни свойства могат да бъдат свързани със степента на привличане между най-външните електрони към ядрото и броя на електроните в най-външната електронна обвивка, с броя на валентните електрони.

Електроните на външната обвивка са тези, които могат да образуват ковалентни химични връзки, те са тези, които имат способността да йонизират, за да образуват катиони или аниони и те са тези, които дават окислително състояние на химичните елементи.

Те също ще определят атомния радиус. С увеличаване на n атомният радиус се увеличава. Когато един атом загуби електрон, ще има свиване на атомния радиус поради намаляването на отрицателния заряд около ядрото.

Електроните на външната обвивка са тези, които се вземат предвид от теорията за валентната връзка, теорията на кристалното поле и теорията на молекулярната орбита, за да се получат свойствата на молекулите и хибридизациите на връзките.

Препратки

1. Принцип на Ауфбау. (2015 г., 3 юни). Извлечено от chem.libretexts: chem.libretexts.org.
2. Боземанска наука. (2013, Agoto 4). Електронна конфигурация. Взето от youtube: youtube.com.
3. Електронни конфигурации и свойства на атомите. (SF). Взето от oneonta.edu: oneonta.edu.
4. Encyclopædia Britannica. (2011 г., 7 септември). Електронна конфигурация Взето от britannica: britannica.com.
5. Faizi, S. (2016, 12 юли). Електронни конфигурации Взето от chem.libretexts: chem.libretexts.org.
6. Helmenstine, T. (2017, 7 март). Принципът на Ауфбау - електронната структура и принципа на Ауфбау. Взета от thinkco: thinkco.com.
7. Khan, S. (2014, 8 юни). Валентни електрони и свързване. Взета от khanacademy: khanacademy.org.