Veavakirinên elektronan: rêzeya aufbau, rêzika Hund û îyon

Şêl, binşêl û kapasîteya orbîtalan

Her elektronek di atomekê de bi çar hejmarên kuantûmî tê vegotin. Hejmara kuantûmî ya sereke n (1, 2, 3, …) şêlê diyar dike. Hejmara kuantûmî ya momenta goşeyî l ji 0 heta n − 1 diçe û binşêlê diyar dike: l = 0, 1, 2 û 3 wekî s, p, d û f têne nîşankirin. Hejmara kuantûmî ya magnetîkî mₗ ji −l heta +l diçe, ji ber vê yekê binşêlek 2l + 1 orbîtalan dihewîne. Hejmara kuantûmî ya spînê mₛ +½ an −½ ye.

Ji ber ku her orbîtalek herî zêde du elektronan digire, binşêla s 2, p 6, d 10 û f 14 digire. Şêlek temam 2n² elektronan digire: 2 ji bo n = 1, 8 ji bo n = 2, û 18 ji bo n = 3. Ev kapasîte sedema ew e ku blokên tabloya periyodîk 2, 6, 10 û 14 stûnan fireh in.

Rêzeya dagirtinê ya aufbau û tabloya periyodîk

Di rewşa bingehîn de, elektron binşêlên bi enerjiya herî nizm ên berdest dagir dikin; ev prensîba aufbau ye. Di atomeke pirelektronî de, enerjiya binşêlê ne tenê bi n re lê bi l re jî girêdayî ye, ji ber ku elektroneke s nêzîktirî navokê dikeve ji elektroneke p an d ya bi n-ya nêzîk û ji aliyê elektronên hundir ve kêmtir tê perdekirin. Rêzeya encam ji bo atomên bêalî 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p e.

Rêzika n + l vê rêzê dubare dike: binşêlan li gorî zêdebûna n + l dagir bike, û dema du binşêl wekhev bin, ya bi n-ya nizmtir pêşî dagir bike. Ji ber vê yekê 4s (4 + 0 = 4) berî 3d (3 + 2 = 5) tê dagirtin. Tu dikarî rêzê ji tabloya periyodîk jî bixwînî. Dema di nav perîyodekê re derbas dibî, tu di blokê s re diçî, paşê blokê f heke hebe, paşê blokê d, paşê blokê p, bi binşêla d yek şêl li pişt hejmara perîyodê û binşêla f du şêl li pişt.

Rêze ji te re dibêje kîjan binşêl elektrona din ji elementekî bo yê din werdigire. Ew nayê wateya ku 4s her gav ji 3d enerjiyê nizmtir e. Gava 3d tê dagirtin, enerjiya wê ji ya 4s kêmtir dibe, ev e sedema ku katyonên metalên veguhêz pêşî elektronên 4s winda dikin.

Derxistina Pauli, rêzika Hund û diyagramên orbîtalan

Prensîba derxistina Pauli dibêje ku du elektronên di atomekê de çar hejmarên kuantûmî yên heman nayên parvekirin. Du elektronên di orbîtalekê de berê n, l û mₗ parve dikin, ji ber vê yekê divê spînên berovajî hebin, û tu orbîtal nikare ya sêyem bigire.

Rêzika Hund ji bo orbîtalên dejenere derbas dibe, yên bi enerjiya wekhev di binşêlekê de. Elektron bi tenê wan dagir dikin, bi spînên paralel, berî ku tu cotbûn dest pê bike. Cotbûn enerjiyê bilind dike ji ber ku du elektronên di orbîtalekê de bi hêztir hev dişidînin, dema ku spînên paralel di orbîtalên cuda de aramiya guhertinê bi dest dixin. 2p³ ya nîtrojenê ji ber vê yekê sê elektronên nejêkirî heye, û 2p⁴ ya oksîjenê yek cot û du elektronên nejêkirî heye.

Di diyagrameke orbîtalan de, ji bo her orbîtalê qutiyek xêz bike, binşêlan bi rêzeya aufbau dagir bike, û di binşêlekê de berî ku ya duyemîn zêde bike di her qutiyê de yek tîr deyne. Atomên bi elektronên nejêkirî paramagnetîk in û ber bi qada magnetîkî ve têne kişandin; atomên ku hemû elektronên wan hatine cotkirin dîamagnetîk in.

Mînakên çareserkirî: selenyûm û zîrkonyûm

Mînak 1: selenyûm, Z = 34. Bi rêzeya aufbau dagir bike heta 34 elektron werin danîn: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. Tevahiyê kontrol bike: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. Ji bo nivîsandina gaza nemir, 18 elektronên pêşîn bi [Ar] veguherîne, gaza nemir ku perîyoda berê diqedîne: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. Lîstekirina binşêlan li gorî hejmara şêlê, wekî li vir, peymanek berbelav e; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ heman veavakirinê bi rêzeya dagirtinê vedibêje.

Çar elektronên 4p yên selenyûmê di sê orbîtalan de belav dibin. Rêzika Hund yekê di her yekê de datîne û ya çaremîn cot dike, du elektronên nejêkirî dihêle. Şeş elektronên wê yên valansê, 4s² 4p⁴, bi nimûneya derveyî ya oksîjen û kewgirdê di koma 16 de re li hev tên, ev e sedema ku selenyûm îyona selenîdê, Se²⁻, çêdike, ku bi krîptonê re îzoelektronî ye.

Mînak 2: zîrkonyûm, Z = 40. Piştî [Kr], ku 36 elektronan vedihewîne, çar dimînin. Binşêlên din 5s û paşê 4d in, ku [Kr] 4d² 5s² dide, ku bi daneyên rewşa bingehîn ên NIST re li hev tê. Du elektronên 4d orbîtalên cuda bi spînên paralel dagir dikin, ji ber vê yekê zîrkonyûm du elektronên nejêkirî heye.

Krom, mis û îstisnayên ku li hember rêzikên hêsan berxwe didin

Rêzeya aufbau [Ar] 3d⁴ 4s² ji bo kromê û [Ar] 3d⁹ 4s² ji bo misê pêşbîn dike. Spektroskopî [Ar] 3d⁵ 4s¹ û [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ nîşan dide. Ji ber ku 4s û 3d di van atoman de di enerjiyê de nêzîk in, veguhastina yek elektronê bo 3d enerjiya tevahî kêm dike, bi alîkariya aramiya guhertinê ya binşêleke d ya nîvdagirtî an dagirtî. Molîbden, [Kr] 4d⁵ 5s¹, û zîv, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, heman nimûneyê wekî elementên li jorê xwe dişopînin.

Ravekirina binşêla nîvdagirtî ne rêzikeke giştî ye. Nîobyûm [Kr] 4d⁴ 5s¹ e tevî ku binşêla wê ya 4d ne nîvdagirtî ye û ne jî dagirtî ye; paladyûm [Kr] 4d¹⁰ e bê elektronên 5s; û tungsten, rasterast li jêr molîbdenê, [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s² e. Îstisnayên ku dersa te hewce dike ji daneyan fêr bibe li şûna ku wan ji rêzikeke ku nayê giştîkirin derxî.

Veavakirinên îyonên yekatomî

Ji bo anyonekê, elektronan li binşêla din a berdest zêde bike: klor, [Ne] 3s² 3p⁵, dibe Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶, ku bi argonê re îzoelektronî ye. Ji bo katyonekê, elektronan pêşî ji binşêla bi n-ya herî bilind rake, û di wê şêlê de ji p berî s. Ji bo metaleke veguhêz a rêzika yekem, ev elektronên 4s berî her elektronên 3d digire.

Mînak 3: îyonên hesinî. Hesin [Ar] 3d⁶ 4s² e. Fe²⁺ her du elektronên 4s winda dike û [Ar] 3d⁶ dide, û Fe³⁺ yekî din, ji 3d, winda dike û [Ar] 3d⁵ dide. Jimartinan kontrol bike: hesin 26 elektron heye, Fe²⁺ 18 + 6 = 24 heye, û Fe³⁺ 18 + 5 = 23 heye. Îyona azad Fe³⁺ pênc elektronên nejêkirî heye, yek di her orbîtala 3d de.

Heman mentiq di bloka p de derbas dibe. Qelay [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p² e, û Sn²⁺ her du elektronên xwe yên 5p winda dike da ku bibe [Kr] 4d¹⁰ 5s². Mis(I) [Ar] 3d¹⁰ e, ji ber ku elektrona yekane ya 4s ya misê pêşî diçe.

Xeletiyên berbelav di dema nivîsandina veavakirinan de

Piraniya xeletiyên veavakirinê di çend nimûneyan de dikevin, û her yek dikare berî ku tu derbas bibî bi kontrolekê bilez bê girtin.

Dema pirsek elektronên nejêkirî dipirse, diyagrama orbîtalan ji bo binşêla bi qismî dagirtî xêz bike li şûna ku ji rêzika veavakirinê darizand. Dema ew di derbarê îyonekê de pirsiyar e, pêşî atoma bêalî binivîse, paşê elektronan zêde bike an rake.

• Rakirina elektronên 3d berî 4s: Fe²⁺ [Ar] 3d⁶ e, ne [Ar] 3d⁴ 4s². Katyonên berbelav ên rêzika yekem wekî Fe²⁺, Co²⁺ û Cu⁺ elektronên 4s nînin.
• Bikaranîna navika gaza nemir a şaş: navik gaza nemir a ji perîyoda berê ye, [Ar] ji bo elementên 19 heta 36.
• Şaşjimartina elektronan: jorinivîs divê ji bo atomekê bi Z re û ji bo îyonekê bi Z minus bar re bibin yek.
• Zêdedagirtina binşêlekê, wekî 2p⁷ an 3d¹¹.
• Cotkirina elektronan di binşêla p an d de berî ku her orbîtal yekê bigire.
• Danîna bloka d di şêla şaş de: perîyoda 4 3d dagir dike, ne 4d.
• Sepandina nimûneya Cr û Cu li her elementê li jêr wan bêyî kontrolkirina daneyan.