Elektronická konfigurace

The distribuce elektronů v atomu nebo molekule se označuje jako jejich „elektronická konfigurace“, který definuje energetické hladiny a orbitaly, které elektrony obsazují. Atomové číslo prvku, které je ekvivalentní počtu protonů v jádře atomu, určuje elektronovou konfiguraci prvku.

Množství elektronů v každé slupce a podslupce je typicky reprezentováno posloupností čísel a písmen, jako jsou 1s 2s²2p⁶, při popisu elektronové konfigurace atomu. Hlavní kvantové číslo, které koreluje s energetickou hladinou nebo obalem elektronu, je reprezentováno prvním číslem v sekvenci. Kvantové číslo momentu hybnosti určuje, které písmeno za hlavním kvantovým číslem označuje podslupku elektronu nebo orbital.

Pro znázornění elektronové konfigurace atomu lze také použít orbitální diagram nebo diagram elektronového obalu, který ukazuje uspořádání elektronů v energetických hladinách a orbitalech atomu. Každý orbital je v orbitálním diagramu symbolizován rámečkem nebo kruhem a každý elektron je symbolizován šipkou nahoru nebo dolů, která označuje jeho spin.

Elektronická struktura atomu hraje významnou roli při určování mnoha chemických a fyzikálních charakteristik prvku. Například reaktivita atomu, vazebné charakteristiky a schopnost účastnit se chemických reakcí jsou ovlivněny množstvím a uspořádáním jeho elektronů. Množství energie potřebné k extrakci elektronu z atomu je známé jako jeho ionizační energie, která je také určena elektronovou konfigurací atomu.

Umístění prvku v periodické tabulce, což je seznam prvků uspořádaných v rostoucím pořadí podle atomového čísla, lze také předpovědět pomocí elektronické konfigurace prvku. Periodická tabulka seskupuje prvky, které mají srovnatelné elektronické konfigurace a ekvivalentní vlastnosti.

Pauliho vylučovací princip, který tvrdí, že žádné dva elektrony v atomu nemohou mít stejnou sadu kvantových čísel, určuje elektronovou konfiguraci atomu. V souladu s tím musí každý elektron v atomu obývat odlišnou energetickou hladinu a orbital a každý orbital může pojmout pouze pár elektronů s opačným spinem.

ukázkový javascript

K přímému stanovení elektronové konfigurace atomu lze použít různé spektroskopické metody. Například elektrickou konfiguraci atomu v jeho základním stavu lze určit pomocí emisního spektra prvku a energetické hladiny elektronů v atomu lze určit pomocí absorpčního spektra prvku.

Závěrem lze říci, že elektronová konfigurace atomu je základní složkou jeho struktury a ovlivňuje řadu jeho chemických a fyzikálních vlastností. Atomové číslo prvku určuje jeho elektronickou konfiguraci, která může být zobrazena jako série čísel a symbolů, orbitální diagram nebo diagram elektronového obalu. Pauliho vylučovací princip, který lze experimentálně nalézt pomocí spektroskopických metod, určuje elektronovou konfiguraci atomu.

Elektronické konfigurace jsou užitečné pro:

• Zjištění valence prvku.
• Predikce charakteristik skupiny prvků (Vlastnosti prvků s podobnou elektronovou konfigurací jsou často totožné).
• Analýza atomového spektra.

Jak napsat elektronickou konfiguraci

Mušle

Na základě hlavního kvantového čísla lze vypočítat největší počet elektronů, které se vejdou do obalu (n). Vzorec pro to je 2n², kde n je číslo shellu. V níže uvedených tabulkách jsou uvedeny obaly, hodnoty n a celkový počet elektronů, které se vejdou.

Subshells

• Azimutální kvantové číslo (reprezentované písmenem 'l') určuje podslupky, do kterých jsou elektrony rozděleny.
• Hodnota hlavního kvantového čísla, n, určuje hodnotu tohoto kvantového čísla. V důsledku toho existují čtyři různé podskořepiny, které mohou existovat, když n je rovno 4.
• Když n=4. Podslupky s, p, daf jsou odpovídající podslupky pro l=0, l=1, l=2 a l=3, v tomto pořadí.
• Rovnice 2*(2l+1) udává, kolik elektronů může podslupka pojmout ve své maximální kapacitě.
• Proto největší počet elektronů, které se vejdou do podslupek s, p, daf, je 2, 6, 10 a 14 v tomto pořadí.

Notový zápis

• Pomocí podslupkových značek je popsána elektronová konfigurace atomu. Tyto štítky zahrnují číslo podslupky a číslo slupky, které je určeno hlavním kvantovým číslem.
• označení (poskytnuté azimutálním kvantovým číslem) a v horním indexu celkový počet elektronů v podslupce.
• Například zápis by byl „1s²Pokud by v podslupce první slupky byly dva elektrony.
• Elektronová konfigurace hliníku (atomové číslo 13) může být vyjádřena jako 1s²2s²2p⁶3s²3p¹pomocí těchto subshell štítků.

K vyplnění atomových orbitalů se používá Aufbauův princip, Pauliho vylučovací princip a Hundovo pravidlo. Tyto pokyny pomáhají při rozhodování o tom, jak elektrony obsazují dostupné orbitaly.

Princip struktury:

Podle Aufbauova principu elektrony obsazují orbitaly ve směru rostoucí energie. To naznačuje, že před naplněním orbitalů s vyšší energií elektrony nejprve zaplní ty s nižší energií. Periodická tabulka může být použita k určení energetických hladin orbitalů v pořadí. Označení orbitalů jsou kombinací písmen a číslic: písmeno označuje tvar orbity nebo podslupku (s, p, d, f) a číslo označuje hlavní kvantové číslo (n), které definuje energetickou hladinu orbitální.

Pauliho princip vyloučení:

Žádné dva elektrony v atomu nemohou mít stejnou sbírku čtyř kvantových čísel (n, l, ml a ms), podle Pauliho vylučovacího principu. Největší počet elektronů, které se vejdou do každého orbitalu, jsou dva a musí mít opačné spiny.

img css zarovnat

Psí pravidlo:

Podle Hundova pravidla budou elektrony nejprve obývat samostatné orbitaly se stejným spinem, když zaplní degenerované orbitaly (orbitaly se stejnou energií). V souladu s tím se elektrony v degenerovaných orbitalech budou neustále snažit maximalizovat svůj celkový spin.

Pomocí těchto principů lze stanovit pořadí plnění atomových orbitalů.

Orbitaly se vyplňují v následujícím pořadí:

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p a tak dále
• Jako příklad si vezměte zatížení uhlíku (atomové číslo 6). V uhlíku je přítomno šest elektronů, které budou obsazovat dostupné orbitaly výše uvedeným způsobem.
• Orbital 1s bude vyplněn prvními dvěma elektrony. Orbital 2s vyplní další dva elektrony. Dva ze tří možných 2p orbitalů budou obsazeny po jednom elektronu zbývajícími dvěma elektrony. Uhlík má nyní elektronovou strukturu 1s²2s²2p².

Závěrem lze říci, že Aufbauův princip, Pauliho vylučovací princip a Hundovo pravidlo řídí, jak se atomové orbitaly zaplňují. Každý prvek má v důsledku těchto pravidel jinou konfiguraci elektronů, která pomáhají určit pořadí, v jakém elektrony obsazují dostupné orbitaly.

Elektronická konfigurace prvních 30 prvků v pořadí podle rostoucího atomového čísla:

Zde jsou některé z důvodů, proč je elektronická konfigurace nezbytná:

1. Chemická reaktivita

Chemická reakce atomu je určena jeho elektronovou konfigurací. Elektronová konfigurace způsobuje reakce mezi prvky, které vedou ke sloučeninám. Jak snadno může atom získat, ztratit nebo sdílet elektrony, aby vytvořil chemické vazby s jinými atomy, závisí na počtu a uspořádání elektronů v nejvzdálenější energetické hladině, známé jako valenční obal. Například, aby bylo dosaženo stabilní konfigurace, prvky s jedním nebo dvěma elektrony ve svém nejvzdálenějším obalu mají tendenci tyto elektrony ztrácet, zatímco prvky s pěti, šesti nebo sedmi elektrony ve svém nejvzdálenějším obalu mají tendenci tyto elektrony získávat. To pomáhá předpovídat druhy sloučenin, které mohou různé prvky vytvořit.

nainstalovat maven

2. Vlastnosti lepení

Druhy chemických vazeb, které se mohou vyvinout mezi atomy, jsou také určeny jejich elektronovou konfigurací. Kovalentní vazby se typicky tvoří mezi atomy se srovnatelnými elektronickými konfiguracemi, zatímco iontové vazby se typicky tvoří mezi atomy s různými konfiguracemi. Intenzitu a stabilitu vytvořených chemických vazeb ovlivňuje také elektronová konfigurace. Například čtyři valenční elektrony v elektronové konfiguraci atomu uhlíku umožňují tvořit stabilní kovalentní vazby s jinými atomy uhlíku, což vede k vytvoření široké škály organických sloučenin.

3. Fyzikální vlastnosti

Fyzikální vlastnosti prvku, jako jsou jeho body tání a varu, hustota a vodivost, jsou také ovlivněny jeho elektronovou strukturou. Počet elektronů a jejich uspořádání ve valenčním obalu rozhoduje o síle interakcí atomů, což ovlivňuje, jak se prvek chová fyzicky. Například, protože jejich volné elektrony jsou snadno schopné se pohybovat a vést elektřinu, kovy mají vysokou elektrickou a tepelnou vodivost.

4. Periodické trendy

Periodická tabulka je organizována pomocí periodických trendů, protože je založena na elektronové struktuře atomů. Pravidelné vzory odchylek ve vlastnostech prvků v periodické tabulce se označují jako periodické trendy. Změny v elektronické konfiguraci atomů a jejich dopad na velikost, reaktivitu a vazebné charakteristiky prvků lze využít k pochopení těchto trendů.

Abychom to shrnuli, znalost elektronové konfigurace atomu je nezbytná pro pochopení jak jeho molekulárních, tak fyzikálních charakteristik. Je to nezbytné pro předpovídání chemického chování prvku a schopnosti kombinovat se s jinými prvky za účelem vytvoření sloučenin. Pochopení elektronické konfigurace také pomáhá vysvětlit periodické vzorce a rozdíly v elementárních vlastnostech v periodické tabulce.