Електронна конфигурация на атоми - схеми и модели

Електронната конфигурация на химичните елементи е проследяването на местоположението на електроните в неговите атоми. Електроните могат да бъдат разположени в черупки, подложки и на орбитали. Валентността на елемента, неговата химическа активност и способността да взаимодействат с други вещества зависи от разпределението на електроните.

Правила за влизане

Според установената традиция, квантовото число на атомите е написано с определена латинска буква. Състоянието на нулев квантов номер се записва като s, последвано от буквите p, d, f, g, b и т.н., според реда на буквите в латиница.

Как да напишем електронната конфигурация

Разположението на атомите обикновено се записва за онези частици от химични елементи, които са в основното състояние. Ако атомът е възбуден, вписването ще се нарича възбудена конфигурация. Определението на електронната конфигурация, приложимо в един или друг случай, зависи от три правила, които се прилагат за атомите на всички химични елементи.

Принцип на пълнене

Електронната конфигурация на атома трябва да отговаря на принципа на пълнене, според който електроните на атомите изпълват орбиталите в нарастващ ред - от най-ниското енергийно ниво до най-високото. Най-ниските орбитали на всеки атом винаги се запълват първо. След това електроните запълват съществуващите орбитали на второто енергийно ниво, след това орбитата s, и само в края - орбитата на р-поднивото.

На писмото електронната конфигурация на химическите елементи се предава чрез формула, в която до името на елемента се посочва комбинация от числа и букви, съответстващи на позицията на електроните. Горният индекс показва броя на електроните в тези орбитали.

Например, водороден атом има един електрон. Според принципа на пълнене, този електрон е на s-орбитата. Така, електронната конфигурация на водорода ще бъде равна на 1s1.

Принципът за забрана на Паули

Второто правило за попълване на орбитали е специален случай на по-обобщен закон, открит от швейцарския физик Ф. Паули. Според това правило, във всеки химичен елемент няма двойки електрони, имащи еднакъв набор от квантови числа. Следователно, при всякакви орбитали в същото време мога да бъда не повече от два електрона, и то само ако имат различни завъртания.

Принципът на забраната на Паули може да се разглежда на конкретен пример. Електронната конфигурация на берилиевия атом може да бъде записана като 1s ² 2s ² . Когато влезе в атома на кванта на енергията, атомът преминава в възбудено състояние. Това може да бъде написано по следния начин:

1s ² 2s ² (нормално състояние) + hν → 1s ² 2s ¹ 2p ¹ (възбудено състояние).

Ако сравним електронните конфигурации на берилий в нормално и възбудено състояние, можем да видим, че броят на несдвоените електрони не е един и същ за тях. Електронната конфигурация на берилий показва отсъствието на неспарени електрони в нормално състояние. След като удари атома на кванта на енергия, се появяват два неспарени електрона.

По принцип, във всеки химичен елемент, електроните могат да се прехвърлят в орбитали с по-високи енергии, но за химията са интересни само тези преходи, които възникват между поднива с подобни енергии.

Този модел може да бъде обяснен по следния начин. Образуването на химическа връзка винаги е придружено от отделянето на енергия, защото атомите преминават в енергийно благоприятно състояние. Парите от електрони в един енергийно ниво носи такива разходи за енергия, които са напълно компенсирани след образуването на химическа връзка. Енергийните разходи на парните електрони с различни химически нива са толкова високи, че химическа връзка не могат да ги компенсират. Ако няма химически партньор, възбуденият атом отделя квантова енергия и се връща в нормалното си състояние - учените наричат ​​този процес релаксация.

Правило на прага

Електронната конфигурация на един атом се подчинява на закона на Гунд, според който запълването на орбиталите на една подсечка започва с електрони със същото въртене. Едва след като всички единични електрони заемат установените орбитали, те се зареждат с заредени частици с противоположно въртене.

Правилото на Gund е ясно потвърдено от електронната конфигурация на азота. Азотният атом има 7 електрона. Електронната конфигурация на този химичен елемент е както следва: ls22s22p3. Всичките три електрона, които са разположени на 2p-подсечка, трябва да бъдат сами, заемайки всяка от трите 2-р орбитали, и всички завъртания трябва да са успоредни на тях.

Тези правила помагат не само да се разберат причините за електронната конфигурация на елементите на периодичната система, но и да се разберат процесите, протичащи вътре в атомите.