Mga Electron Configuration: Aufbau nga Han-ay, Lagda ni Hund, ug mga Ion

Mga shell, subshell, ug kapasidad sa orbital

Ang matag electron sa atomo gihulagway sa upat ka quantum number. Ang principal quantum number nga n (1, 2, 3, …) nagtakda sa shell. Ang angular momentum quantum number nga l modagan gikan sa 0 hangtod n − 1 ug nagtakda sa subshell: ang l = 0, 1, 2, ug 3 gi-label nga s, p, d, ug f. Ang magnetic quantum number nga mₗ modagan gikan sa −l hangtod +l, busa ang subshell adunay 2l + 1 ka orbital. Ang spin quantum number nga mₛ +½ o −½.

Tungod kay ang matag orbital makabaton og labing daghan nga duha ka electron, ang s subshell nagbaton og 2, ang p og 6, ang d og 10, ug ang f og 14. Ang kompletong shell nagbaton og 2n² ka electron: 2 alang sa n = 1, 8 alang sa n = 2, ug 18 alang sa n = 3. Kini nga mga kapasidad mao ang rason nga ang mga block sa periodic table 2, 6, 10, ug 14 ka kolum ang gilapdon.

Aufbau nga han-ay sa pagpuno ug ang periodic table

Sa ground state, ang mga electron mopuno sa pinakaubos nga enerhiya nga anaa nga mga subshell; kini ang aufbau principle. Sa atomo nga daghan ang electron, ang enerhiya sa subshell nagdepende sa l ingon man sa n, tungod kay ang s electron mosulod nga mas duol sa nucleus kaysa p o d electron nga susama ang n ug mas gamay ang shielding gikan sa sulod nga mga electron. Ang resulta nga han-ay alang sa neutral nga mga atomo 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

Ang n + l nga lagda nagpatungha niini nga han-ay: puni ang mga subshell sumala sa pagtaas sa n + l, ug kung managsama ang duha ka subshell, unaha ang adunay mas ubos nga n. Busa ang 4s (4 + 0 = 4) mapuno una sa 3d (3 + 2 = 5). Mabasa usab nimo ang han-ay gikan sa periodic table. Sa paglihok tabok sa period, moagi ka sa s block, dayon sa f block kung naa, dayon sa d block, dayon sa p block, nga ang d subshell usa ka shell sa luyo sa numero sa period ug ang f subshell duha ka shell sa luyo.

Ang han-ay nagsulti kanimo kung hain nga subshell ang makadawat sa sunod nga electron gikan sa usa ka elemento ngadto sa sunod. Wala kini nagpasabot nga ang 4s kanunay mas ubos ang enerhiya kaysa 3d. Kung okupado na ang 3d, ang enerhiya niini mokunhod sa ubos sa 4s, mao nga ang transition-metal nga mga cation unang mawad-an sa ilang 4s nga mga electron.

Pauli exclusion, lagda ni Hund, ug mga orbital diagram

Ang Pauli exclusion principle nag-ingon nga walay duha ka electron sa atomo nga adunay parehas nga upat ka quantum number. Ang duha ka electron sa usa ka orbital parehas na sa n, l, ug mₗ, busa kinahanglang magkontra ang ilang spin, ug walay orbital nga makabaton og ikatulo.

Ang lagda ni Hund mapadapat sa degenerate nga mga orbital, kadtong managsama ang enerhiya sulod sa subshell. Ang mga electron mopuno niini nga usa-usa, uban ang parallel nga spin, sa dili pa magsugod ang pagparis. Ang pagparis nagpataas sa enerhiya tungod kay ang duha ka electron sa usa ka orbital mas lig-on ang pagsukol, samtang ang parallel nga spin sa managlahi nga mga orbital makakuha og exchange stabilization. Busa ang 2p³ sa nitrogen adunay tulo ka dili-parehas nga electron, ug ang 2p⁴ sa oxygen adunay usa ka parehas ug duha ka dili-parehas nga electron.

Sa orbital diagram, drowinga ang usa ka kahon matag orbital, puni ang mga subshell sa aufbau nga han-ay, ug sulod sa subshell butangi og usa ka udyong ang matag kahon sa dili pa magdugang og ikaduha. Ang mga atomo nga adunay dili-parehas nga mga electron paramagnetic ug madani ngadto sa magnetic field; ang mga atomo nga ang tanang electron parehas diamagnetic.

Nasulbad nga mga ehemplo: selenium ug zirconium

Ehemplo 1: selenium, Z = 34. Puni sa aufbau nga han-ay hangtod mabutang ang 34 ka electron: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. Susiha ang kinatibuk-an: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. Alang sa noble-gas notation, ilisan ang unang 18 ka electron og [Ar], ang noble gas nga nagtapos sa nangaging period: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. Ang paglista sa mga subshell sumala sa numero sa shell, sama dinhi, kasagarang kombensiyon; ang [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ naghulagway sa parehas nga configuration sa han-ay sa pagpuno.

Ang upat ka 4p nga electron sa selenium mikalat sa tulo ka orbital. Ang lagda ni Hund nagbutang og usa sa matag usa ug nagparis sa ikaupat, nga nagbilin og duha ka dili-parehas nga electron. Ang unom ka valence electron niini, 4s² 4p⁴, motugma sa gawas nga sundanan sa oxygen ug sulfur sa group 16, mao nga ang selenium nagporma sa selenide ion, Se²⁻, isoelectronic sa krypton.

Ehemplo 2: zirconium, Z = 40. Human sa [Kr], nga naghatag og 36 ka electron, upat ang nahabilin. Ang sunod nga mga subshell mao ang 5s ug dayon 4d, nga naghatag og [Kr] 4d² 5s², nga motugma sa NIST ground-state nga datos. Ang duha ka 4d nga electron mopuno sa managlahi nga mga orbital nga adunay parallel nga spin, busa ang zirconium adunay duha ka dili-parehas nga electron.

Chromium, copper, ug mga eksepsyon nga nagsukol sa yano nga mga lagda

Ang aufbau nga han-ay nagtag-an og [Ar] 3d⁴ 4s² alang sa chromium ug [Ar] 3d⁹ 4s² alang sa copper. Ang spectroscopy nagpakita og [Ar] 3d⁵ 4s¹ ug [Ar] 3d¹⁰ 4s¹. Tungod kay ang 4s ug 3d duol ang enerhiya niini nga mga atomo, ang pagbalhin sa usa ka electron ngadto sa 3d nagpaubos sa kinatibuk-ang enerhiya, nga gitabangan sa exchange stabilization sa tunga-tunga nga puno o puno nga d subshell. Ang molybdenum, [Kr] 4d⁵ 5s¹, ug silver, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, nagsunod sa parehas nga sundanan sama sa mga elemento sa ibabaw niini.

Ang pagpatin-aw sa tunga-tunga nga puno nga subshell dili kinatibuk-ang lagda. Ang niobium [Kr] 4d⁴ 5s¹ bisan kung ang 4d subshell niini dili tunga-tunga nga puno ni puno; ang palladium [Kr] 4d¹⁰ nga walay 5s nga electron; ug ang tungsten, diretso sa ilalom sa molybdenum, [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s². Tun-i ang mga eksepsyon nga gikinahanglan sa imong kurso gikan sa datos imbes nga hinumdoman gikan sa lagda nga dili mapadapat sa tanan.

Mga configuration sa monatomic nga mga ion

Alang sa anion, idugang ang mga electron sa sunod nga anaa nga subshell: ang chlorine, [Ne] 3s² 3p⁵, mahimong Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶, isoelectronic sa argon. Alang sa cation, kuhaa una ang mga electron gikan sa subshell nga adunay pinakataas nga n, ug sulod niana nga shell gikan sa p sa dili pa sa s. Alang sa first-row nga transition metal, kuhaon niana ang 4s nga mga electron sa dili pa ang bisan unsang 3d nga mga electron.

Ehemplo 3: mga ion sa iron. Ang iron [Ar] 3d⁶ 4s². Ang Fe²⁺ mawad-an sa duha ka 4s nga electron aron makahatag og [Ar] 3d⁶, ug ang Fe³⁺ mawad-an og usa pa, gikan sa 3d, aron makahatag og [Ar] 3d⁵. Susiha ang mga ihap: ang iron adunay 26 ka electron, ang Fe²⁺ adunay 18 + 6 = 24, ug ang Fe³⁺ adunay 18 + 5 = 23. Ang free nga Fe³⁺ ion adunay lima ka dili-parehas nga electron, usa sa matag 3d nga orbital.

Ang parehas nga lohika mapadapat sa p block. Ang tin [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p², ug ang Sn²⁺ mawad-an sa duha ka 5p nga electron aron mahimong [Kr] 4d¹⁰ 5s². Ang copper(I) [Ar] 3d¹⁰, tungod kay ang bugtong 4s nga electron sa copper unang mawala.

Kasagarang mga sayop sa pagsulat sa mga configuration

Kadaghanan sa mga sayop sa configuration mahulog sa pipila ka sundanan, ug ang matag usa makuha sa dali nga pagsusi sa dili ka pa magpadayon.

Kung ang pangutana nangayo og dili-parehas nga mga electron, drowinga ang orbital diagram sa partially puno nga subshell imbes nga mohukom gikan sa string sa configuration. Kung nangutana bahin sa ion, isulat una ang neutral nga atomo, dayon idugang o kuhaa ang mga electron.

• Pagkuha sa 3d nga mga electron sa dili pa ang 4s: ang Fe²⁺ [Ar] 3d⁶, dili [Ar] 3d⁴ 4s². Ang kasagarang first-row nga mga cation sama sa Fe²⁺, Co²⁺, ug Cu⁺ walay 4s nga electron.
• Paggamit sa sayop nga noble-gas core: ang core mao ang noble gas gikan sa nangaging period, [Ar] alang sa mga elemento 19 hangtod 36.
• Sayop nga pag-ihap sa mga electron: ang mga superscript kinahanglang mosuma sa Z alang sa atomo ug sa Z minus sa charge alang sa ion.
• Sobra nga pagpuno sa subshell, sama sa 2p⁷ o 3d¹¹.
• Pagparis sa mga electron sa p o d subshell sa dili pa ang matag orbital makabaton og usa.
• Pagbutang sa d block sa sayop nga shell: ang period 4 nagpuno sa 3d, dili 4d.
• Pagpadapat sa sundanan sa Cr ug Cu sa matag elemento sa ilalom niini nga walay pagsusi sa datos.