ഇലക്ട്രോൺ വിന്യാസങ്ങൾ: ഔഫ്ബൗ ക്രമം, ഹുണ്ട് നിയമം, അയോണുകൾ

ഷെല്ലുകൾ, ഉപഷെല്ലുകൾ, ഓർബിറ്റൽ ശേഷി

ഒരു ആറ്റത്തിലെ ഓരോ ഇലക്ട്രോണിനെയും നാല് ക്വാണ്ടം സംഖ്യകൾ വിവരിക്കുന്നു. മുഖ്യ ക്വാണ്ടം സംഖ്യ n (1, 2, 3, …) ഷെല്ലിനെ നിശ്ചയിക്കുന്നു. കോണീയ ആക്കം ക്വാണ്ടം സംഖ്യ l 0 മുതൽ n − 1 വരെ പോകുന്നു, ഉപഷെല്ലിനെ നിശ്ചയിക്കുന്നു: l = 0, 1, 2, 3 എന്നിവ s, p, d, f എന്ന് ലേബൽ ചെയ്യുന്നു. കാന്തിക ക്വാണ്ടം സംഖ്യ mₗ −l മുതൽ +l വരെ പോകുന്നു; അതിനാൽ ഒരു ഉപഷെല്ലിൽ 2l + 1 ഓർബിറ്റലുകളുണ്ട്. സ്പിൻ ക്വാണ്ടം സംഖ്യ mₛ +½ അല്ലെങ്കിൽ −½ ആണ്.

ഓരോ ഓർബിറ്റലിലും പരമാവധി രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ മാത്രം ഉൾക്കൊള്ളുന്നതിനാൽ s ഉപഷെല്ലിൽ 2, p-യിൽ 6, d-യിൽ 10, f-ൽ 14 എന്നിങ്ങനെ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ഒരു പൂർണ ഷെൽ 2n² ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു: n = 1-ന് 2, n = 2-ന് 8, n = 3-ന് 18. ആവർത്തനപ്പട്ടികയിലെ ബ്ലോക്കുകൾ 2, 6, 10, 14 നിരകൾ വീതിയുള്ളതാകുന്നത് ഈ ശേഷികൾ കാരണമാണ്.

ഔഫ്ബൗ നിറയ്ക്കൽ ക്രമവും ആവർത്തനപ്പട്ടികയും

അടിസ്ഥാന അവസ്ഥയിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ ലഭ്യമായ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഊർജമുള്ള ഉപഷെല്ലുകൾ നിറയ്ക്കുന്നു; ഇതാണ് ഔഫ്ബൗ തത്ത്വം. ബഹുഇലക്ട്രോൺ ആറ്റത്തിൽ ഉപഷെൽ ഊർജം n-നെ മാത്രമല്ല l-നെയും ആശ്രയിക്കുന്നു, കാരണം സമാനമായ n ഉള്ള p അല്ലെങ്കിൽ d ഇലക്ട്രോണിനെക്കാൾ s ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂക്ലിയസിനോട് കൂടുതൽ അടുത്തേക്ക് തുളച്ചുകയറുകയും ആന്തര ഇലക്ട്രോണുകളാൽ കുറച്ച് മാത്രം പരിരക്ഷിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ന്യൂട്രൽ ആറ്റങ്ങൾക്ക് ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ക്രമം 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p ആണ്.

n + l നിയമം ഈ ക്രമം പുനഃസൃഷ്ടിക്കുന്നു: n + l വർധിക്കുന്ന ക്രമത്തിൽ ഉപഷെല്ലുകൾ നിറയ്ക്കുക, രണ്ട് ഉപഷെല്ലുകൾ തുല്യമാകുമ്പോൾ കുറഞ്ഞ n ഉള്ളത് ആദ്യം നിറയ്ക്കുക. അങ്ങനെ 4s (4 + 0 = 4) 3d-ക്ക് (3 + 2 = 5) മുമ്പ് നിറയുന്നു. ക്രമം ആവർത്തനപ്പട്ടികയിൽ നിന്നും വായിക്കാം. ഒരു പീരിയഡിലൂടെ നീങ്ങുമ്പോൾ നിങ്ങൾ s ബ്ലോക്കിലൂടെയും, ഉണ്ടെങ്കിൽ f ബ്ലോക്കിലൂടെയും, പിന്നെ d ബ്ലോക്കിലൂടെയും, പിന്നെ p ബ്ലോക്കിലൂടെയും കടന്നുപോകുന്നു; d ഉപഷെൽ പീരിയഡ് സംഖ്യയെക്കാൾ ഒരു ഷെൽ പിന്നിലും f ഉപഷെൽ രണ്ട് ഷെൽ പിന്നിലുമാണ്.

ഒരു മൂലകത്തിൽ നിന്ന് അടുത്തതിലേക്ക് പോകുമ്പോൾ അടുത്ത ഇലക്ട്രോൺ ഏത് ഉപഷെല്ലിൽ എത്തുന്നു എന്ന് ക്രമം പറയുന്നു. 4s എപ്പോഴും 3d-യെക്കാൾ കുറഞ്ഞ ഊർജമുള്ളതാണ് എന്ന് അതിനർഥമില്ല. 3d അധിനിവേശമായിക്കഴിഞ്ഞാൽ അതിന്റെ ഊർജം 4s-നെക്കാൾ താഴെയാകുന്നു; അതുകൊണ്ടാണ് സംക്രമണ ലോഹ കാറ്റയോണുകൾ ആദ്യം 4s ഇലക്ട്രോണുകൾ നഷ്ടപ്പെടുത്തുന്നത്.

പൗളി ബഹിഷ്കരണ തത്ത്വം, ഹുണ്ട് നിയമം, ഓർബിറ്റൽ ചിത്രങ്ങൾ

ഒരു ആറ്റത്തിലെ രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾക്കും ഒരേ നാല് ക്വാണ്ടം സംഖ്യകൾ ഉണ്ടാകില്ല എന്ന് പൗളി ബഹിഷ്കരണ തത്ത്വം പറയുന്നു. ഒരു ഓർബിറ്റലിലെ രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ n, l, mₗ എന്നിവ ഇതിനകം പങ്കിടുന്നു, അതിനാൽ അവയ്ക്ക് വിപരീത സ്പിനുകൾ ഉണ്ടായിരിക്കണം, ഒരു ഓർബിറ്റലിനും മൂന്നാമത്തേത് ഉൾക്കൊള്ളാനാവില്ല.

ഒരു ഉപഷെല്ലിനുള്ളിലെ തുല്യ ഊർജമുള്ള ഡീജനറേറ്റ് ഓർബിറ്റലുകൾക്ക് ഹുണ്ട് നിയമം ബാധകമാണ്. ജോടിയാക്കൽ തുടങ്ങുംമുമ്പ് ഇലക്ട്രോണുകൾ അവയെ സമാന്തര സ്പിനുകളോടെ ഒന്നൊന്നായി അധിനിവേശം ചെയ്യുന്നു. ഒരു ഓർബിറ്റലിലെ രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ കൂടുതൽ ശക്തമായി വികർഷിക്കുന്നതിനാൽ ജോടിയാക്കൽ ഊർജം ഉയർത്തുന്നു, എന്നാൽ വേറിട്ട ഓർബിറ്റലുകളിലെ സമാന്തര സ്പിനുകൾക്ക് വിനിമയ സ്ഥിരത ലഭിക്കുന്നു. അതിനാൽ നൈട്രജന്റെ 2p³-ൽ ജോടിയാകാത്ത മൂന്ന് ഇലക്ട്രോണുകളും, ഓക്സിജന്റെ 2p⁴-ൽ ഒരു ജോടിയും ജോടിയാകാത്ത രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകളുമുണ്ട്.

ഓർബിറ്റൽ ചിത്രത്തിൽ ഓരോ ഓർബിറ്റലിനും ഒരു പെട്ടി വരയ്ക്കുക, ഔഫ്ബൗ ക്രമത്തിൽ ഉപഷെല്ലുകൾ നിറയ്ക്കുക, ഒരു ഉപഷെല്ലിനുള്ളിൽ രണ്ടാമത്തെ അമ്പടയാളം ചേർക്കുംമുമ്പ് ഓരോ പെട്ടിയിലും ഓരോ അമ്പടയാളം വയ്ക്കുക. ജോടിയാകാത്ത ഇലക്ട്രോണുകളുള്ള ആറ്റങ്ങൾ പാരാമാഗ്നറ്റിക് ആണ്, അവ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിലേക്ക് ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നു; എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളും ജോടിയായ ആറ്റങ്ങൾ ഡയാമാഗ്നറ്റിക് ആണ്.

ഉദാഹരണങ്ങൾ: സെലിനിയവും സിർക്കോണിയവും

ഉദാഹരണം 1: സെലിനിയം, Z = 34. 34 ഇലക്ട്രോണുകൾ വയ്ക്കുന്നതുവരെ ഔഫ്ബൗ ക്രമത്തിൽ നിറയ്ക്കുക: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. ആകെ പരിശോധിക്കുക: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. ഉൽകൃഷ്ട വാതക സൂചനാരീതിക്ക്, ആദ്യത്തെ 18 ഇലക്ട്രോണുകളെ മുൻ പീരിയഡ് അവസാനിപ്പിക്കുന്ന ഉൽകൃഷ്ട വാതകമായ [Ar] കൊണ്ട് മാറ്റുക: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. ഇവിടെ ചെയ്തതുപോലെ ഷെൽ സംഖ്യ അനുസരിച്ച് ഉപഷെല്ലുകൾ പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നത് സാധാരണ കീഴ്‌വഴക്കമാണ്; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ നിറയ്ക്കൽ ക്രമത്തിൽ അതേ വിന്യാസത്തെ വിവരിക്കുന്നു.

സെലിനിയത്തിന്റെ നാല് 4p ഇലക്ട്രോണുകൾ മൂന്ന് ഓർബിറ്റലുകളിലായി വ്യാപിക്കുന്നു. ഹുണ്ട് നിയമം ഓരോന്നിലും ഒന്നു വീതം വയ്ക്കുകയും നാലാമത്തേതിനെ ജോടിയാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, രണ്ട് ജോടിയാകാത്ത ഇലക്ട്രോണുകൾ ശേഷിക്കുന്നു. അതിന്റെ ആറ് സംയോജകത ഇലക്ട്രോണുകൾ, 4s² 4p⁴, ഗ്രൂപ്പ് 16-ലെ ഓക്സിജന്റെയും സൾഫറിന്റെയും പുറം മാതൃകയോട് ഒത്തുപോകുന്നു; അതുകൊണ്ടാണ് സെലിനിയം ക്രിപ്റ്റോണുമായി സമഇലക്ട്രോണിക് ആയ സെലിനൈഡ് അയോൺ, Se²⁻, ഉണ്ടാക്കുന്നത്.

ഉദാഹരണം 2: സിർക്കോണിയം, Z = 40. 36 ഇലക്ട്രോണുകളെ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന [Kr]-ന് ശേഷം നാലെണ്ണം ശേഷിക്കുന്നു. അടുത്ത ഉപഷെല്ലുകൾ 5s-ഉം പിന്നെ 4d-യുമാണ്, [Kr] 4d² 5s² നൽകുന്നു; ഇത് NIST അടിസ്ഥാന അവസ്ഥാ ഡാറ്റയുമായി യോജിക്കുന്നു. രണ്ട് 4d ഇലക്ട്രോണുകൾ സമാന്തര സ്പിനുകളോടെ വേറിട്ട ഓർബിറ്റലുകളിൽ നിൽക്കുന്നു, അതിനാൽ സിർക്കോണിയത്തിന് ജോടിയാകാത്ത രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകളുണ്ട്.

ക്രോമിയം, കോപ്പർ, ലളിത നിയമങ്ങൾക്ക് വഴങ്ങാത്ത അപവാദങ്ങൾ

ഔഫ്ബൗ ക്രമം ക്രോമിയത്തിന് [Ar] 3d⁴ 4s² ഉം കോപ്പറിന് [Ar] 3d⁹ 4s² ഉം പ്രവചിക്കുന്നു. സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി [Ar] 3d⁵ 4s¹ ഉം [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ ഉം കാണിക്കുന്നു. ഈ ആറ്റങ്ങളിൽ 4s-ഉം 3d-യും ഊർജത്തിൽ അടുത്തായതിനാൽ, ഒരു ഇലക്ട്രോണിനെ 3d-യിലേക്ക് മാറ്റുന്നത് മൊത്തം ഊർജം കുറയ്ക്കുന്നു; പകുതി നിറഞ്ഞതോ പൂർണമായി നിറഞ്ഞതോ ആയ d ഉപഷെല്ലിന്റെ വിനിമയ സ്ഥിരത ഇതിന് സഹായിക്കുന്നു. മോളിബ്ഡിനം, [Kr] 4d⁵ 5s¹, സിൽവർ, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, എന്നിവ അവയ്ക്ക് മുകളിലുള്ള മൂലകങ്ങളുടെ അതേ മാതൃക പിന്തുടരുന്നു.

പകുതി നിറഞ്ഞ ഉപഷെൽ വിശദീകരണം ഒരു പൊതു നിയമമല്ല. നിയോബിയം [Kr] 4d⁴ 5s¹ ആണ്, അതിന്റെ 4d ഉപഷെൽ പകുതി നിറഞ്ഞതോ പൂർണമായി നിറഞ്ഞതോ അല്ലെങ്കിലും; പലേഡിയം [Kr] 4d¹⁰ ആണ്, 5s ഇലക്ട്രോണുകളില്ലാതെ; മോളിബ്ഡിനത്തിന് നേരെ താഴെയുള്ള ടങ്സ്റ്റൺ [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s² ആണ്. നിങ്ങളുടെ കോഴ്സിന് ആവശ്യമായ അപവാദങ്ങൾ, പൊതുവൽക്കരിക്കാത്ത ഒരു നിയമത്തിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിക്കുന്നതിനു പകരം, ഡാറ്റയിൽ നിന്ന് പഠിക്കുക.

ഏകാറ്റോമിക അയോണുകളുടെ വിന്യാസങ്ങൾ

ഒരു ആനയോണിന്, ലഭ്യമായ അടുത്ത ഉപഷെല്ലിലേക്ക് ഇലക്ട്രോണുകൾ ചേർക്കുക: ക്ലോറിൻ, [Ne] 3s² 3p⁵, Cl⁻ ആകുന്നു, [Ne] 3s² 3p⁶, ആർഗണുമായി സമഇലക്ട്രോണിക്. ഒരു കാറ്റയോണിന്, ഏറ്റവും ഉയർന്ന n ഉള്ള ഉപഷെല്ലിൽ നിന്ന് ആദ്യം ഇലക്ട്രോണുകൾ നീക്കുക, ആ ഷെല്ലിനുള്ളിൽ s-ന് മുമ്പ് p-യിൽ നിന്ന്. ഒന്നാം നിര സംക്രമണ ലോഹത്തിന്, അത് ഏതെങ്കിലും 3d ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് മുമ്പ് 4s ഇലക്ട്രോണുകളെ എടുക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം 3: അയൺ അയോണുകൾ. അയൺ [Ar] 3d⁶ 4s² ആണ്. Fe²⁺ രണ്ട് 4s ഇലക്ട്രോണുകളും നഷ്ടപ്പെടുത്തി [Ar] 3d⁶ ആകുന്നു, Fe³⁺ 3d-യിൽ നിന്ന് ഒരെണ്ണം കൂടി നഷ്ടപ്പെടുത്തി [Ar] 3d⁵ ആകുന്നു. എണ്ണം പരിശോധിക്കുക: അയണിന് 26 ഇലക്ട്രോണുകൾ, Fe²⁺-ന് 18 + 6 = 24, Fe³⁺-ന് 18 + 5 = 23. സ്വതന്ത്ര Fe³⁺ അയോണിന് ജോടിയാകാത്ത അഞ്ച് ഇലക്ട്രോണുകളുണ്ട്, ഓരോ 3d ഓർബിറ്റലിലും ഒന്നു വീതം.

ഇതേ യുക്തി p ബ്ലോക്കിലും ബാധകമാണ്. ടിൻ [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p² ആണ്, Sn²⁺ അതിന്റെ രണ്ട് 5p ഇലക്ട്രോണുകൾ നഷ്ടപ്പെടുത്തി [Kr] 4d¹⁰ 5s² ആകുന്നു. കോപ്പറിന്റെ ഏക 4s ഇലക്ട്രോൺ ആദ്യം പോകുന്നതിനാൽ കോപ്പർ(I) [Ar] 3d¹⁰ ആണ്.

വിന്യാസങ്ങൾ എഴുതുമ്പോഴുള്ള സാധാരണ പിഴവുകൾ

മിക്ക വിന്യാസ പിശകുകളും ഏതാനും മാതൃകകളിൽ പെടുന്നു, മുന്നോട്ട് പോകുംമുമ്പ് ഒരു ദ്രുത പരിശോധനയിലൂടെ ഓരോന്നും പിടികൂടാം.

ഒരു ചോദ്യം ജോടിയാകാത്ത ഇലക്ട്രോണുകളെക്കുറിച്ച് ചോദിക്കുമ്പോൾ, വിന്യാസ ശൃംഖലയിൽ നിന്ന് വിലയിരുത്തുന്നതിനു പകരം ഭാഗികമായി നിറഞ്ഞ ഉപഷെല്ലിന്റെ ഓർബിറ്റൽ ചിത്രം വരയ്ക്കുക. ഒരു അയോണിനെക്കുറിച്ച് ചോദിക്കുമ്പോൾ ആദ്യം ന്യൂട്രൽ ആറ്റം എഴുതുക, പിന്നെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ചേർക്കുകയോ നീക്കുകയോ ചെയ്യുക.

• 4s-ന് മുമ്പ് 3d ഇലക്ട്രോണുകൾ നീക്കൽ: Fe²⁺ [Ar] 3d⁶ ആണ്, [Ar] 3d⁴ 4s² അല്ല. Fe²⁺, Co²⁺, Cu⁺ പോലുള്ള സാധാരണ ഒന്നാം നിര കാറ്റയോണുകൾക്ക് 4s ഇലക്ട്രോണുകളില്ല.
• തെറ്റായ ഉൽകൃഷ്ട വാതക കോർ ഉപയോഗിക്കൽ: കോർ എന്നത് മുൻ പീരിയഡിലെ ഉൽകൃഷ്ട വാതകമാണ്, 19 മുതൽ 36 വരെയുള്ള മൂലകങ്ങൾക്ക് [Ar].
• ഇലക്ട്രോണുകൾ തെറ്റായി എണ്ണൽ: സൂപ്പർസ്ക്രിപ്റ്റുകളുടെ തുക ആറ്റത്തിന് Z-ഉം അയോണിന് Z-ൽ നിന്ന് ചാർജ് കുറച്ചതും ആയിരിക്കണം.
• 2p⁷ അല്ലെങ്കിൽ 3d¹¹ പോലെ ഒരു ഉപഷെൽ അമിതമായി നിറയ്ക്കൽ.
• ഓരോ ഓർബിറ്റലിലും ഒന്നു വീതം വരുംമുമ്പ് p അല്ലെങ്കിൽ d ഉപഷെല്ലിൽ ഇലക്ട്രോണുകളെ ജോടിയാക്കൽ.
• d ബ്ലോക്കിനെ തെറ്റായ ഷെല്ലിൽ വയ്ക്കൽ: പീരിയഡ് 4 3d നിറയ്ക്കുന്നു, 4d അല്ല.
• ഡാറ്റ പരിശോധിക്കാതെ Cr, Cu മാതൃക അവയ്ക്ക് താഴെയുള്ള എല്ലാ മൂലകങ്ങൾക്കും പ്രയോഗിക്കൽ.