Электрондук конфигурациялар: ауфбау тартиби, Хунд эрежеси жана иондор

Кабаттар, подкабаттар жана орбиталдардын сыйымдуулугу

Атомдогу ар бир электрон төрт квант саны менен сүрөттөлөт. Башкы квант саны n (1, 2, 3, …) кабатты аныктайт. Орбиталдык импульс моментинин квант саны l 0дөн n − 1ге чейин өзгөрөт жана подкабатты аныктайт: l = 0, 1, 2 жана 3 тиешелүүлүгүнө жараша s, p, d жана f деп белгиленет. Магниттик квант саны mₗ −lден +lге чейин өзгөрөт, ошондуктан подкабат 2l + 1 орбиталды камтыйт. Спин квант саны mₛ +½ же −½.

Ар бир орбиталь эң көбү менен эки электронду камтыгандыктан, s подкабаты 2, p — 6, d — 10 жана f — 14 электронду камтыйт. Толук кабат 2n² электронду камтыйт: n = 1 үчүн 2, n = 2 үчүн 8 жана n = 3 үчүн 18. Мезгилдик таблицанын блоктору эмне үчүн 2, 6, 10 жана 14 мамычанын туурасында экенин ушул сыйымдуулуктар түшүндүрөт.

Ауфбау толтуруу тартиби жана мезгилдик таблица

Негизги абалда электрондор эң төмөн энергиялуу бар подкабаттарды ээлейт; бул ауфбау принциби. Көп электрондуу атомда подкабаттын энергиясы n гана эмес, l ден да көз каранды, анткени s электрону окшош n ге ээ p же d электронуна караганда ядрого жакын кирет жана ички электрондор тарабынан азыраак экрандалат. Нейтралдуу атомдор үчүн пайда болгон тартип: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

n + l эрежеси бул тартипти кайталайт: подкабаттарды n + l өсүү тартибинде толтуруңуз, эки подкабат барабар болгондо n кичине болгонун адегенде толтуруңуз. Ошентип, 4s (4 + 0 = 4) 3dден (3 + 2 = 5) мурун толот. Тартипти мезгилдик таблицадан да окуй аласыз. Мезгил боюнча жылганда s блогунан, андан кийин бар болсо f блогунан, андан кийин d блогунан, андан кийин p блогунан өтөсүз, ал эми d подкабаты мезгил номеринен бир кабат артта, f подкабаты эки кабат артта.

Тартип бир элементтен экинчисине өткөндө кийинки электронду кайсы подкабат кабыл аларын айтат. Ал 4s ар дайым 3dден төмөн энергиялуу дегенди билдирбейт. 3d ээленгенден кийин анын энергиясы 4sтен төмөндөйт, ошондуктан өтмө металл катиондору 4s электрондорун адегенде жоготот.

Паули принциби, Хунд эрежеси жана орбиталдык диаграммалар

Паули принциби атомдо эч бир эки электрон төрт квант санын бирдей бөлүшпөйт деп айтат. Бир орбиталдагы эки электрон n, l жана mₗ ди бөлүшөт, ошондуктан алардын спиндери карама-каршы болушу керек, жана эч бир орбиталга үчүнчү электрон батпайт.

Хунд эрежеси вырожденделген орбиталдарга, подкабат ичиндеги бирдей энергиялуу орбиталдарга, колдонулат. Электрондор жупташуу башталганга чейин аларды жалгыздан, параллель спиндер менен ээлейт. Жупташуу энергияны жогорулатат, анткени бир орбиталдагы эки электрон күчтүүрөөк түртүшөт, ал эми өзүнчө орбиталдардагы параллель спиндер алмашуу турукташуусун алат. Ошондуктан азоттун 2p³ үч жупталбаган электронго, ал эми кычкылтектин 2p⁴ бир жупка жана эки жупталбаган электронго ээ.

Орбиталдык диаграммада ар бир орбиталь үчүн бир кутучаны чийиңиз, подкабаттарды ауфбау тартибинде толтуруңуз жана подкабат ичинде экинчи жебени кошконго чейин ар бир кутучага бир жебеден коюңуз. Жупталбаган электрондору бар атомдор парамагниттик жана магнит талаасына тартылат; бардык электрондору жупташкан атомдор диамагниттик.

Чыгарылган мисалдар: селен жана цирконий

1-мисал: селен, Z = 34. 34 электрон жайгашканга чейин ауфбау тартибинде толтуруңуз: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. Жалпы санды текшериңиз: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. Асыл газ белгилөөсү үчүн алгачкы 18 электронду мурунку мезгилди аяктаган асыл газ [Ar] менен алмаштырыңыз: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. Подкабаттарды бул жердегидей кабат номери боюнча тизмелөө кеңири таралган макулдашуу; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ ошол эле конфигурацияны толтуруу тартибинде сүрөттөйт.

Селендин төрт 4p электрону үч орбиталга тарайт. Хунд эрежеси ар бирине бирден коюп, төртүнчүсүн жупташтырат, эки жупталбаган электрон калат. Анын алты валенттик электрону, 4s² 4p⁴, 16-топтогу кычкылтек менен күкүрттүн сырткы үлгүсүнө дал келет, ошондуктан селен криптон менен изоэлектрондук селенид ионун, Se²⁻, түзөт.

2-мисал: цирконий, Z = 40. 36 электронду түзгөн [Kr] ден кийин төрт электрон калат. Кийинки подкабаттар 5s, андан кийин 4d, ал [Kr] 4d² 5s² берет, бул NISTтин негизги абал маалыматтарына дал келет. Эки 4d электрону өзүнчө орбиталдарды параллель спиндер менен ээлейт, ошондуктан цирконийдин эки жупталбаган электрону бар.

Хром, жез жана жөнөкөй эрежелерге баш ийбеген өзгөчөлүктөр

Ауфбау тартиби хром үчүн [Ar] 3d⁴ 4s² жана жез үчүн [Ar] 3d⁹ 4s² деп алдын ала айтат. Спектроскопия [Ar] 3d⁵ 4s¹ жана [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ көрсөтөт. Бул атомдордо 4s жана 3d энергиялары жакын болгондуктан, бир электронду 3dге жылдыруу жалпы энергияны төмөндөтөт, ага жарым толгон же толгон d подкабатынын алмашуу турукташуусу жардам берет. Молибден, [Kr] 4d⁵ 5s¹, жана күмүш, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, өздөрүнүн үстүндөгү элементтердин үлгүсүн кайталайт.

Жарым толгон подкабат түшүндүрмөсү жалпы эреже эмес. Ниобий [Kr] 4d⁴ 5s¹, анын 4d подкабаты жарым толгон да, толгон да болбосо да; палладий [Kr] 4d¹⁰, 5s электрону жок; ал эми молибденден түз төмөн турган вольфрам [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s². Курсуңуз талап кылган өзгөчөлүктөрдү жалпылабай турган эрежеден чыгарбастан, маалыматтардан үйрөнүңүз.

Бир атомдуу иондордун конфигурациялары

Анион үчүн электрондорду кийинки бар подкабатка кошуңуз: хлор, [Ne] 3s² 3p⁵, аргон менен изоэлектрондук Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶, болот. Катион үчүн электрондорду n эң чоң болгон подкабаттан адегенде алып салыңыз, ал кабатта p дан s тен мурун. Биринчи катардагы өтмө металл үчүн бул 4s электрондорун кандайдыр бир 3d электронунан мурун алат дегенди билдирет.

3-мисал: темир иондору. Темир [Ar] 3d⁶ 4s². Fe²⁺ эки 4s электронун жоготуп [Ar] 3d⁶ берет, ал эми Fe³⁺ дагы бирин, 3dден, жоготуп [Ar] 3d⁵ берет. Сандарды текшериңиз: темирдин 26 электрону бар, Fe²⁺ 18 + 6 = 24, жана Fe³⁺ 18 + 5 = 23. Эркин Fe³⁺ ионунун беш жупталбаган электрону бар, ар бир 3d орбиталында бирден.

Ошол эле логика p блогунда да колдонулат. Калай [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p², ал эми Sn²⁺ эки 5p электронун жоготуп [Kr] 4d¹⁰ 5s² болот. Жез(I) [Ar] 3d¹⁰, анткени жездин жалгыз 4s электрону биринчи кетет.

Конфигурацияларды жазууда кеңири таралган каталар

Конфигурация каталарынын көбү бир нече үлгүгө бөлүнөт, жана ар бирин улантканга чейин тез текшерүү менен байкоого болот.

Суроо жупталбаган электрондорду сураганда, конфигурация сабынан баа бербестен, жарым толгон подкабат үчүн орбиталдык диаграмманы чийиңиз. Суроо ион жөнүндө болгондо адегенде нейтралдуу атомду жазып, андан кийин электрондорду кошуңуз же алып салыңыз.

• 3d электрондорун 4sтен мурун алып салуу: Fe²⁺ [Ar] 3d⁶, [Ar] 3d⁴ 4s² эмес. Fe²⁺, Co²⁺ жана Cu⁺ сыяктуу биринчи катардагы кеңири таралган катиондордо 4s электрондору жок.
• Асыл газ өзөгүн туура эмес колдонуу: өзөк — мурунку мезгилдеги асыл газ, 19дан 36га чейинки элементтер үчүн [Ar].
• Электрондорду туура эмес саноо: даража көрсөткүчтөрүнүн суммасы атом үчүн Zге, ион үчүн Z минус зарядга барабар болушу керек.
• Подкабатты ашыкча толтуруу, мисалы 2p⁷ же 3d¹¹.
• Ар бир орбиталда бирден электрон болгонго чейин p же d подкабатындагы электрондорду жупташтыруу.
• d блогун туура эмес кабатка коюу: 4-мезгил 4d эмес, 3dни толтурат.
• Cr жана Cu үлгүсүн алардын астындагы ар бир элементке маалыматтарды текшербей колдонуу.