מהי תצורה אלקטרונית חיצונית?

ה תצורה אלקטרונית, המכונה גם מבנה אלקטרוני, הוא הסדר של אלקטרונים ברמות האנרגיה סביב גרעין האטום.

על פי המודל האטומי העתיק של בוהר, האלקטרונים תופסים מספר מפלסים במסלולים סביב הגרעין, מן השכבה הראשונה הקרובה ביותר לגרעין, K, לשכבה השביעית, Q, שהיא הרחוקה ביותר מן הגרעין.

במונחים של מודל מכני הקוונטים מתוחכמים יותר, שכבות-Q K נחלקים סט של אורביטלים, שכל אחד מהם יכול להיות כבוש על ידי לא יותר מ זוג אחד של אלקטרונים (אנציקלופדיה בריטניקה, 2011).

בדרך כלל, תצורת אלקטרוניים משמש לתיאור האורביטלים של אטום במצב הקרקע שלה, אבל יכול לשמש גם כדי לייצג אטום כי כבר מיונן לתוך קטיון או אניון, פיצוי בגין אובדן או רווח של האלקטרונים אורביטלים שלהם.

רבים מן התכונות הפיסיקליות והכימיות של האלמנטים יכולים להיות מתואמים עם תצורות אלקטרוניות ייחודיות שלהם. אלקטרונים הערכיות, האלקטרונים בשכבה החיצונית ביותר, הם הגורם הקובע לכימיה הייחודית של האלמנט.

מושגים בסיסיים של תצורות אלקטרוניות

לפני הקצאת האלקטרונים של אטום אל האורביטלים, יש להכיר את המושגים הבסיסיים של תצורות אלקטרוניות. כל רכיב בטבלה המחזורית מורכב מאטומים, המורכבים מפרוטונים, נייטרונים ואלקטרונים.

האלקטרונים מציגים מטען שלילי ונמצאים סביב גרעין האטום במסלולים של האלקטרון, המוגדר כנפח החלל שבו ניתן למצוא את האלקטרון בהסתברות של 95%.

לארבעת הסוגים השונים של האורביטלים (s, p, d ו- f) יש צורות שונות, ואורביטלי יכול להכיל מקסימום של שני אלקטרונים. P, d ו- f אורביטלים יש sublevels שונים, ולכן הם עשויים להכיל יותר אלקטרונים.

כפי שצוין, התצורה האלקטרונית של כל רכיב היא ייחודית למיקומה בטבלה המחזורית. רמת האנרגיה נקבעת על ידי התקופה ומספר האלקטרונים ניתן על ידי מספר האטום של האלמנט.

אורביטלים ברמות אנרגיה שונות דומים זה לזה, אך תופסים אזורים שונים בחלל.

המסלול 1s ואת מסלול 2S יש את המאפיינים של מסלולית (צמתים רדיאליים, הסתברויות נפח כדורית, הם יכולים להכיל רק שני אלקטרונים, וכו '). אבל, כפי שהם נמצאים ברמות אנרגיה שונות, הם תופסים חללים שונים סביב הגרעין. כל מסלול יכול להיות מיוצג על ידי בלוקים ספציפיים בטבלה המחזורית.

בלוק s הוא האזור של מתכות אלקליות כולל הליום (קבוצות 1 ו 2), הבלוק ד הם מתכות המעבר (קבוצות 3 עד 12), הבלוק p הם היסודות של הקבוצה העיקרית של קבוצות 13-18 , ולחסום F הם lanthanide ו actinide סדרה (Faizi, 2016).

איור 1: אלמנטים של הטבלה המחזורית ותקופותיהם המשתנות בהתאם לרמות האנרגיה של האורביטלים.

העיקרון של Aufbau

Aufbau מגיע מן המילה הגרמנית "Aufbauen" כלומר "לבנות". בעיקרו של דבר, בעת כתיבת תצורות אלקטרונים אנו בונים אורביטלים אלקטרונים כאשר אנו נעים מאטום אחד למשנהו.

כאשר אנו כותבים את התצורה האלקטרונית של אטום, נמלא את האורביטלים בסדר עולה של מספר אטומי.

העיקרון של Aufbau שמקורו עקרון פאולי הרחקה שאומר שאין שני פרמיונים (למשל, אלקטרונים) באטום. הם עשויים להיות אותה קבוצה של מספרים קוונטיים, ולכן הם צריכים "מחסנית" ברמות אנרגיה גבוהות יותר.

כיצד האלקטרונים מצטברים הוא נושא של תצורות אלקטרונים (Aufbau Principle, 2015).

אטומים יציבים יש כמו אלקטרונים רבים כמו פרוטונים לעשות בגרעין. אלקטרונים מתאספים סביב הגרעין באורביטלים קוונטיים בעקבות ארבעה כללים בסיסיים הנקראים עיקרון Aufbau.

1. אין שני אלקטרונים באטום אשר חולקים את אותם ארבעה מספרים קוונטיים n, l, m, ו- s.
2. האלקטרונים יכבשו את האורביטלים של רמת האנרגיה הנמוכה ביותר.
3. האלקטרונים תמיד למלא את האורביטלים עם מספר ספין זהה. כאשר האורביטלים מלאים, זה יתחיל.
4. האלקטרונים ימלאו אורביטלים בסכום של מספרי הקוונטים n ו- l. אורביטלים עם ערכים שווים של (n + l) ימולאו תחילה עם הערכים של n נמוך יותר.

הכללים השני והרביעי הם בעצם אותו הדבר. דוגמה של כלל ארבע יהיה אורביטלים 2p ו 3s.

2P מסלולית הוא n = 2 ו- L = 2 ו -3 מסלולית הוא n = 3 ו- L = 1 (N + L) = 4 בשני המקרים, אך 2P שיש מסלולית האנרגיה הנמוכה ביותר או הערך n התחתון יתמלא לפני 3s שכבת.

למרבה המזל, דיאגרמת מולר שמוצג באיור 2 ניתן להשתמש כדי למלא אלקטרונים. הגרף נקרא על ידי ביצוע האלכסון מ 1s.

איור 2: דיאגרמת מולר מילוי תצורה אלקטרונית.

איור 2 מציג את האורביטלים האטומיים ואת החצים בצע את הנתיב לעקוב.

עכשיו, כשיודע שסדר האורביטלים מלא, הדבר היחיד שנותר הוא לשנן את הגודל של כל מסלול.

S אורביטלים יש 1 ערך אפשרי של m_l כדי להכיל 2 אלקטרונים

P אורביטלים יש 3 ערכים אפשריים של m_l כדי להכיל 6 אלקטרונים

D אורביטלים יש 5 ערכים אפשריים של m_l כדי להכיל 10 אלקטרונים

F אורביטלים יש 7 ערכים אפשריים של m_l כדי להכיל 14 אלקטרונים

זה כל מה שצריך כדי לקבוע את תצורה אלקטרונית של אטום יציב של אלמנט.

לדוגמה, לקחת את אלמנט חנקן. חנקן יש שבעה פרוטונים ולכן שבעה אלקטרונים. המסלול הראשון למלא הוא מסלול 1S.

למסלול יש שני אלקטרונים, ולכן נותרו חמישה אלקטרונים. האורביטל הבא הוא מסלול 2S ומכיל את השניים הבאים. שלושת האלקטרונים הסופיים ילכו למסלול 2p שיכול להכיל עד שישה אלקטרונים (Helmenstine, 2017).

חשיבותה של תצורה אלקטרונית חיצונית

תצורות אלקטרונים לשחק תפקיד חשוב בקביעת המאפיינים של אטומים.

לכל האטומים של אותה קבוצה יש את אותה תצורה אלקטרונית חיצונית, למעט מספר n האטומי, ולכן יש להם תכונות כימיות דומות.

חלק מגורמי המפתח המשפיעים על המאפיינים האטומיים כוללים את גודל האורביטלים הכבושים הגדולים ביותר, האנרגיה של האורביטלים הגבוהים באנרגיה, מספר המשרות הפנויות ומספר האלקטרונים באורטביטלים הגבוהים באנרגיה (תצורות אלקטרונים ו- המאפיינים של האטומים, SF).

רוב המאפיינים האטומיים יכולים להיות קשורים למידת המשיכה בין אלקטרונים חיצוניים יותר לגרעין ומספר האלקטרונים בשכבת האלקטרון החיצונית ביותר, מספר האלקטרונים הערכיות.

האלקטרונים של השכבה החיצונית הם אלה שיכולים ליצור קשרים כימיים קוולנטיים, הם אלה שיש להם את היכולת ליינן כדי ליצור קטיונים או אניונים והם אלה שנותנים מצב של חמצון אלמנטים כימיים (חאן, 2014).

הם גם יקבעו את רדיוס האטום. כאשר n הופך לגדול יותר, הרדיום האטומי עולה. כאשר אטום מאבד אלקטרון, יהיה התכווצות של רדיוס אטומי עקב ירידה של המטען השלילי סביב הגרעין.

האלקטרונים של השכבה החיצונית הם אלה אשר נלקחים בחשבון על ידי תיאוריית הקשר ערכיות, תיאוריית שדה גבישי ותיאורית מסלולית מולקולרית כדי להשיג את המאפיינים של המולקולות ואת הכלאות של האג"ח (Bozeman Science, 2013).

הפניות

1. עקרון Aufbau. (2015, 3 ביוני). מאוחזר מ chem.libretexts: chem.libretexts.org.
2. מדע בוזמן. (2013, Agoto 4). תצורת אלקטרונים. נלקח מ- YouTube: youtube.com.
3. תצורות אלקטרונים ואת המאפיינים של אטומים. (S.F.). לקוח מתוך oneonta.edu: oneonta.edu.
4. אנציקלופדיה בריטניקה. (2011, 7 בספטמבר). תצורה אלקטרונית. נלקח britannica: britannica.com.
5. Faizi, S. (2016, 12 יולי). תצורות אלקטרוניות. נלקח מ chem.libretexts: chem.libretexts.org.
6. הלמנשטיין, ט '(2017, 7 במרץ). עקרון Aufbau - מבנה אלקטרוני ועקרון Aufbau. נלקח מתוך מחשבה:.
7. ח ', ס' (2014, 8 ביוני). ואלנס אלקטרונים מליטה. נלקח מתוך khanacademy: khanacademy.org.