Delen:
Wat is spectrale notatie?
de spectrale notatie ofelektronische configuratie is de opstelling van elektronen in energieniveaus rond de kern van een atoom.
In termen van een meer geavanceerde kwantummechanische model, worden de K-Q lagen onderverdeeld in een aantal orbitalen, die elk worden bezet door niet meer dan één elektronenpaar (Encyclopaedia Britannica, 2011).
Gewoonlijk wordt de elektronenconfiguratie gebruikt om de orbitalen van een atoom in de grondtoestand beschrijven, maar kan ook worden gebruikt om een atoom die is geïoniseerd tot een kation of anion vertegenwoordigt, compenseert het verlies of winst aan elektronen in hun orbitalen.
Veel van de fysische en chemische eigenschappen van de elementen kunnen worden gecorreleerd met hun unieke elektronische configuraties.
De valentie-elektronen, de elektronen in de buitenste laag, zijn de bepalende factor voor de unieke chemie van het element (Elektronconfiguraties en de eigenschappen van Atoms, S.F.).
Wanneer elektronen in de buitenste laag van een atoom enige energie ontvangen, gaan ze naar hogere energielagen. Dus, een elektron in de K-laag zal worden overgebracht naar de L-laag terwijl hij zich in een hogere energietoestand bevindt.
Wanneer het elektron terugkeert naar zijn grondtoestand, geeft het de energie vrij die het absorbeerde door een elektromagnetisch spectrum (licht) uit te zenden. Omdat elk atoom een specifieke elektronische configuratie heeft, zal het ook een specifiek spectrum hebben dat het absorptie- (of emissie) spectrum wordt genoemd..
Om deze reden wordt de term spectrale notatie gebruikt om te verwijzen naar de elektronische configuratie (Spectroscopic Notation, S.F.).
Hoe de spectrale notatie te bepalen: kwantumgetallen
Een totaal van vier kwantumgetallen wordt gebruikt om de beweging en trajecten van elk elektron in een atoom volledig te beschrijven.
De combinatie van alle kwantumgetallen van alle elektronen in een atoom wordt beschreven door een golffunctie die voldoet aan de Schrödinger-vergelijking. Elk elektron in een atoom heeft een unieke reeks kwantumnummers.
Volgens het Pauli Exclusion Principle kunnen twee elektronen niet dezelfde combinatie van vier kwantumgetallen delen.
Kwantumnummers zijn belangrijk omdat ze kunnen worden gebruikt om de elektronische configuratie van een atoom en de waarschijnlijke locatie van de elektronen van het atoom te bepalen.
Kwantumnummers worden ook gebruikt om andere kenmerken van atomen te bepalen, zoals ionisatie-energie en atomaire radius.
Kwantumnummers duiden specifieke schillen, sublagen, orbitalen en elektronwendingen aan.
Dit betekent dat ze de karakteristieken van een elektron in een atoom volledig beschrijven, dat wil zeggen, ze beschrijven elke unieke oplossing voor de Schrödinger-vergelijking, of de golffunctie, van elektronen in een atoom.
Het bestaat vier quantumgetallen: het hoofdquantumgetal (n), het aantal quantum baanimpulsmoment (L), het magnetische quantumgetal (ml) en kwantum aantal elektron spin (ms).
Het hoofdquantumgetal, nn, wordt de energie van een elektron en de meest waarschijnlijke afstand van het elektron van de kern. Met andere woorden, het verwijst naar de grootte van de baan en het energieniveau waarop een elektron wordt geplaatst.
Het aantal sublagen of II beschrijft de vorm van de baan. Het kan ook worden gebruikt om het aantal hoekknopen te bepalen.
Het magnetische kwantumgetal, ml, beschrijft de energieniveaus in een sublaag en ms verwijst naar de spin op het elektron, die omhoog of omlaag kan gaan (Anastasiya Kamenko, 2017).
Principe van Aufbau
Aufbau komt van het Duitse woord "Aufbauen" wat "bouwen" betekent. In essentie bouwen we bij het schrijven van elektronenconfiguraties elektronenorbitalen terwijl we van het ene atoom naar het andere gaan.
Terwijl we de elektronische configuratie van een atoom schrijven, vullen we de orbitalen in toenemende volgorde van atoomnummer.
Het principe van Aufbau is afkomstig van Pauli's uitsluitingsprincipe dat zegt dat er geen twee fermionen (bijv. Elektronen) in een atoom zijn.
Ze kunnen dezelfde reeks kwantumnummers hebben, dus ze moeten "opstapelen" op hogere energieniveaus. Hoe elektronen zich ophopen, is een onderwerp van elektronenconfiguraties (Aufbau Principle, 2015).
Stabiele atomen hebben evenveel elektronen als protonen in de kern. Elektronen verzamelen zich rond de kern in quantum orbitalen volgens vier basisregels, het Aufbau-principe genoemd.
- Er zijn geen twee elektronen in het atoom die dezelfde vier kwantumgetallen n, l, m en s delen.
- De elektronen zullen eerst de orbitalen van het laagste energieniveau bezetten.
- De elektronen vullen de orbitalen altijd met hetzelfde spinnummer. Wanneer de orbitalen vol zijn, begint het.
- De elektronen zullen orbitalen vullen met de som van de kwantumgetallen n en l. Orbitalen met gelijke waarden van (n + l) worden eerst gevuld met de waarden van n lager.
De tweede en vierde regels zijn in principe hetzelfde. Een voorbeeld van regel vier zou de 2p- en 3s-orbitalen zijn.
Een 2p orbital is n = 2 en l = 2 en 3s orbital is n = 3 en L = 1 (N + l) = 4 in beide gevallen, maar de 2p orbital met de laagste energie of lagere n-waarde wordt ingevuld vóór de 3s laag.
Gelukkig kan het Moeller-diagram in figuur 2 worden gebruikt om elektronen te vullen. De grafiek wordt gelezen door de diagonalen uit 1s uit te voeren.
Figuur 2 toont de atomaire orbitalen en de pijlen volgen het te volgen pad.
Nu bekend is dat de volgorde van de orbitalen vol is, is het enige dat overblijft om de grootte van elke baan te onthouden.
S-orbitalen hebben 1 mogelijke waarde van ml om 2 elektronen te bevatten
P orbitalen hebben 3 mogelijke waarden van ml om 6 elektronen te bevatten
D-orbitalen hebben 5 mogelijke waarden van ml om 10 elektronen te bevatten
F orbitalen hebben 7 mogelijke waarden van ml om 14 elektronen te bevatten
Dit is alles wat nodig is om de elektronische configuratie van een stabiel atoom van een element te bepalen.
Neem bijvoorbeeld het stikstofelement. Stikstof heeft zeven protonen en daarom zeven elektronen. De eerste te vullen baan is de 1s-orbitaal. Een orbitaal heeft twee elektronen, dus er zijn nog vijf elektronen over.
De volgende orbitaal is de 2s-orbitaal en bevat de volgende twee. De drie laatste elektronen gaan naar de 2p-orbitaal die maximaal zes elektronen kan bevatten (Helmenstine, 2017).
Hund regels
Aufbau sectie besproken hoe elektronen vullen orbitalen met de laagste energie en vervolgens naar de orbitale energie van het hoogste pas na de orbitalen met de laagste energie gevuld.
Er is echter een probleem met deze regel. Zeker, de 1s orbitalen moeten voor de 2s orbitalen worden gevuld, omdat de 1s orbitalen een lagere waarde van n hebben, en dus een lagere energie.
En de drie verschillende 2p-orbitalen? In welke volgorde moeten ze worden gevuld? Het antwoord op deze vraag betreft de regel van Hund.
De regel van Hund stelt dat:
- Elke baan op een subniveau wordt individueel bezet voordat een baan dubbel bezet is.
- Alle elektronen in individueel bezette orbitalen hebben dezelfde spin (om de totale spin te maximaliseren).
Wanneer elektronorbitalen toegewezen, een elektron zoekt eerst alle orbitalen met gelijke energie (ook wel ontaarde orbitalen) te vullen vóór de paring met een ander elektron in een orbitale halfvol.
De atomen in de grondtoestanden hebben de neiging om zoveel mogelijk ongepaarde elektronen te hebben. Denk bij het visualiseren van dit proces na hoe de elektronen hetzelfde gedrag vertonen als dezelfde polen in een magneet als ze in contact komen.
Wanneer negatief geladen elektronen de orbitalen vullen, proberen ze eerst zo ver mogelijk van elkaar vandaan te komen voordat ze moeten paren (Hund's Rules, 2015).
referenties
- Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, 24 maart). Quantum nummers. Opgehaald in chem.libretexts.org.
- Aufbau-principe. (2015, 3 juni). Opgehaald in chem.libretexts.org.
- Elektronconfiguraties en de eigenschappen van Atomen. (S.F.). Opgehaald van oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7 september). Elektronische configuratie. Hersteld van britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, 7 maart). Het Aufbau-principe - elektronische structuur en het Aufbau-principe. Opgehaald van thoughtco.com.
- Regels van Hund. (2015, 18 juli). Opgehaald in chem.libretexts.org.
- Spectroscopische notatie. (S.F.). Opgehaald van bcs.whfreeman.com.