इलेक्ट्रॉन संरूपणे: ऑफबाऊ क्रम, हुंडचा नियम आणि आयन

कवचे, उपकवचे आणि कक्षक क्षमता

अणूतील प्रत्येक इलेक्ट्रॉनचे वर्णन चार क्वांटम संख्यांनी केले जाते. मुख्य क्वांटम संख्या n (1, 2, 3, …) कवच ठरवते. कोनीय संवेग क्वांटम संख्या l ही 0 ते n − 1 पर्यंत असते आणि उपकवच ठरवते: l = 0, 1, 2 आणि 3 यांना s, p, d आणि f अशी नावे आहेत. चुंबकीय क्वांटम संख्या mₗ ही −l ते +l पर्यंत असते, म्हणून उपकवचात 2l + 1 कक्षक असतात. प्रचक्रण क्वांटम संख्या mₛ ही +½ किंवा −½ असते.

प्रत्येक कक्षकात जास्तीत जास्त दोन इलेक्ट्रॉन मावत असल्याने s उपकवचात 2, p मध्ये 6, d मध्ये 10 आणि f मध्ये 14 मावतात. पूर्ण कवचात 2n² इलेक्ट्रॉन मावतात: n = 1 साठी 2, n = 2 साठी 8 आणि n = 3 साठी 18. आवर्त सारणीचे गट 2, 6, 10 आणि 14 स्तंभ रुंद असण्याचे कारण या क्षमता आहेत.

ऑफबाऊ भरण क्रम आणि आवर्त सारणी

मूलावस्थेत इलेक्ट्रॉन उपलब्ध सर्वात कमी ऊर्जेची उपकवचे व्यापतात; हे ऑफबाऊ तत्त्व आहे. अनेक इलेक्ट्रॉनांच्या अणूमध्ये उपकवच ऊर्जा n प्रमाणेच l वरही अवलंबून असते, कारण s इलेक्ट्रॉन समान n च्या p किंवा d इलेक्ट्रॉनपेक्षा केंद्रकाच्या अधिक जवळ शिरतो आणि आतील इलेक्ट्रॉनांकडून त्याला कमी आवरण मिळते. उदासीन अणूंसाठी परिणामी क्रम 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p असा आहे.

n + l नियम हा क्रम पुनरुत्पादित करतो: वाढत्या n + l नुसार उपकवचे भरा, आणि दोन उपकवचे बरोबरीत असतील तेव्हा कमी n चे आधी भरा. म्हणून 4s (4 + 0 = 4) हे 3d (3 + 2 = 5) च्या आधी भरते. तुम्ही हा क्रम आवर्त सारणीवरूनही वाचू शकता. आवर्तात पुढे जाताना तुम्ही s खंडातून, मग असल्यास f खंडातून, मग d खंडातून, मग p खंडातून जाता, d उपकवच आवर्त क्रमांकापेक्षा एक कवच मागे आणि f उपकवच दोन मागे असते.

क्रम एका मूलद्रव्यापासून पुढच्यापर्यंत पुढचा इलेक्ट्रॉन कोणत्या उपकवचाला मिळतो ते सांगतो. 4s ची ऊर्जा नेहमी 3d पेक्षा कमी असते असा त्याचा अर्थ नाही. 3d व्यापले गेले की त्याची ऊर्जा 4s पेक्षा खाली जाते, म्हणूनच संक्रमण धातूंचे धनायन आधी त्यांचे 4s इलेक्ट्रॉन गमावतात.

पॉली अपवर्जन, हुंडचा नियम आणि कक्षक आकृत्या

पॉली अपवर्जन तत्त्व सांगते की अणूतील कोणत्याही दोन इलेक्ट्रॉनांच्या चारही क्वांटम संख्या समान नसतात. एका कक्षकातील दोन इलेक्ट्रॉन आधीच n, l आणि mₗ सामायिक करतात, म्हणून त्यांचे प्रचक्रण विरुद्ध असले पाहिजे, आणि कोणताही कक्षक तिसरा इलेक्ट्रॉन धरू शकत नाही.

हुंडचा नियम समऊर्जा कक्षकांना लागू होतो, म्हणजे उपकवचातील समान ऊर्जेच्या कक्षकांना. कोणतेही युग्मन सुरू होण्यापूर्वी इलेक्ट्रॉन त्यांना समांतर प्रचक्रणासह एकेकटे व्यापतात. युग्मनामुळे ऊर्जा वाढते कारण एका कक्षकातील दोन इलेक्ट्रॉन अधिक जोराने प्रतिकर्षित करतात, तर वेगळ्या कक्षकांतील समांतर प्रचक्रणांना विनिमय स्थैर्य मिळते. म्हणून नायट्रोजनच्या 2p³ मध्ये तीन अयुग्मित इलेक्ट्रॉन आहेत, आणि ऑक्सिजनच्या 2p⁴ मध्ये एक जोडी आणि दोन अयुग्मित इलेक्ट्रॉन आहेत.

कक्षक आकृतीत प्रत्येक कक्षकासाठी एक चौकट काढा, उपकवचे ऑफबाऊ क्रमाने भरा, आणि उपकवचात दुसरा बाण घालण्यापूर्वी प्रत्येक चौकटीत एक बाण ठेवा. अयुग्मित इलेक्ट्रॉन असलेले अणू अनुचुंबकीय असतात आणि चुंबकीय क्षेत्राकडे ओढले जातात; सर्व इलेक्ट्रॉन युग्मित असलेले अणू प्रतिचुंबकीय असतात.

सोडवलेली उदाहरणे: सेलेनियम आणि झिर्कोनियम

उदाहरण 1: सेलेनियम, Z = 34. 34 इलेक्ट्रॉन ठेवेपर्यंत ऑफबाऊ क्रमाने भरा: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. एकूण तपासा: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. निष्क्रिय वायू संकेतलेखनासाठी, पहिल्या 18 इलेक्ट्रॉनांच्या जागी मागील आवर्त संपवणारा निष्क्रिय वायू [Ar] ठेवा: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. येथे केल्याप्रमाणे उपकवचे कवच क्रमांकानुसार लिहिणे ही प्रचलित रूढी आहे; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ तेच संरूपण भरण क्रमात वर्णन करते.

सेलेनियमचे चार 4p इलेक्ट्रॉन तीन कक्षकांत पसरतात. हुंडचा नियम प्रत्येकात एक ठेवतो आणि चौथा जोडीने ठेवतो, ज्यामुळे दोन अयुग्मित इलेक्ट्रॉन उरतात. त्याचे सहा संयुजा इलेक्ट्रॉन, 4s² 4p⁴, गट 16 मधील ऑक्सिजन आणि सल्फरच्या बाह्य रचनेशी जुळतात, म्हणूनच सेलेनियम क्रिप्टॉनशी समइलेक्ट्रॉनिक असलेला सेलेनाइड आयन, Se²⁻, बनवतो.

उदाहरण 2: झिर्कोनियम, Z = 40. [Kr] नंतर, जे 36 इलेक्ट्रॉनांचा हिशोब देते, चार उरतात. पुढची उपकवचे 5s आणि मग 4d आहेत, ज्यामुळे [Kr] 4d² 5s² मिळते, जे NIST मूलावस्था माहितीशी जुळते. दोन 4d इलेक्ट्रॉन समांतर प्रचक्रणांसह वेगळ्या कक्षकांत असतात, म्हणून झिर्कोनियमचे दोन इलेक्ट्रॉन अयुग्मित आहेत.

क्रोमियम, तांबे आणि साध्या नियमांना न जुमानणारे अपवाद

ऑफबाऊ क्रम क्रोमियमसाठी [Ar] 3d⁴ 4s² आणि तांब्यासाठी [Ar] 3d⁹ 4s² असे भाकीत करतो. वर्णपटशास्त्र [Ar] 3d⁵ 4s¹ आणि [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ दाखवते. या अणूंमध्ये 4s आणि 3d ऊर्जेत जवळ असल्याने एक इलेक्ट्रॉन 3d मध्ये हलवल्याने एकूण ऊर्जा कमी होते, अर्ध्या भरलेल्या किंवा पूर्ण भरलेल्या d उपकवचाच्या विनिमय स्थैर्याच्या मदतीने. मॉलिब्डेनम, [Kr] 4d⁵ 5s¹, आणि चांदी, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, त्यांच्या वरच्या मूलद्रव्यांसारखाच नमुना पाळतात.

अर्ध-भरलेल्या उपकवचाचे स्पष्टीकरण हा सामान्य नियम नाही. नायोबियम [Kr] 4d⁴ 5s¹ आहे, जरी त्याचे 4d उपकवच अर्धे भरलेले किंवा पूर्ण भरलेले होत नाही; पॅलॅडियम [Kr] 4d¹⁰ आहे ज्यात 5s इलेक्ट्रॉन नाहीत; आणि मॉलिब्डेनमच्या थेट खाली असलेले टंगस्टन [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s² आहे. तुमच्या अभ्यासक्रमाला आवश्यक असलेले अपवाद सर्वत्र लागू न होणाऱ्या नियमावरून काढण्याऐवजी माहितीवरून शिका.

एकाणुक आयनांची संरूपणे

ऋणायनासाठी पुढच्या उपलब्ध उपकवचात इलेक्ट्रॉन घाला: क्लोरीन, [Ne] 3s² 3p⁵, हा Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶, बनतो, जो आर्गनशी समइलेक्ट्रॉनिक आहे. धनायनासाठी सर्वात जास्त n असलेल्या उपकवचातून इलेक्ट्रॉन आधी काढा, आणि त्या कवचात s च्या आधी p मधून. पहिल्या आवर्तातील संक्रमण धातूसाठी, याचा अर्थ कोणतेही 3d इलेक्ट्रॉन काढण्यापूर्वी 4s इलेक्ट्रॉन काढले जातात.

उदाहरण 3: लोह आयन. लोह [Ar] 3d⁶ 4s² आहे. Fe²⁺ दोन्ही 4s इलेक्ट्रॉन गमावून [Ar] 3d⁶ देतो, आणि Fe³⁺ आणखी एक, 3d मधून, गमावून [Ar] 3d⁵ देतो. संख्या तपासा: लोहाचे 26 इलेक्ट्रॉन आहेत, Fe²⁺ चे 18 + 6 = 24 आणि Fe³⁺ चे 18 + 5 = 23. मुक्त Fe³⁺ आयनात पाच अयुग्मित इलेक्ट्रॉन आहेत, प्रत्येक 3d कक्षकात एक.

तोच तर्क p खंडातही लागू होतो. कथिल [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p² आहे, आणि Sn²⁺ त्याचे दोन 5p इलेक्ट्रॉन गमावून [Kr] 4d¹⁰ 5s² बनतो. कॉपर(I) [Ar] 3d¹⁰ आहे, कारण तांब्याचा एकमेव 4s इलेक्ट्रॉन आधी निघतो.

संरूपणे लिहिताना सामान्य चुका

बहुतेक संरूपण चुका काही नमुन्यांत मोडतात, आणि पुढे जाण्यापूर्वी प्रत्येक झटपट तपासणीने पकडता येते.

प्रश्नात अयुग्मित इलेक्ट्रॉन विचारले असतील तेव्हा संरूपण मालिकेवरून अंदाज करण्याऐवजी अर्धवट भरलेल्या उपकवचाची कक्षक आकृती काढा. आयनाबद्दल विचारले असेल तेव्हा आधी उदासीन अणू लिहा, मग इलेक्ट्रॉन घाला किंवा काढा.

• 4s च्या आधी 3d इलेक्ट्रॉन काढणे: Fe²⁺ हा [Ar] 3d⁶ आहे, [Ar] 3d⁴ 4s² नाही. Fe²⁺, Co²⁺ आणि Cu⁺ सारख्या सामान्य पहिल्या आवर्तातील धनायनांमध्ये 4s इलेक्ट्रॉन नसतात.
• चुकीचे निष्क्रिय वायू गाभा वापरणे: गाभा मागील आवर्तातील निष्क्रिय वायू असतो, 19 ते 36 क्रमांकाच्या मूलद्रव्यांसाठी [Ar].
• इलेक्ट्रॉन चुकीचे मोजणे: घातांकांची बेरीज अणूसाठी Z इतकी आणि आयनासाठी Z वजा प्रभार इतकी झाली पाहिजे.
• उपकवच जास्त भरणे, जसे 2p⁷ किंवा 3d¹¹.
• प्रत्येक कक्षकात एक असण्यापूर्वी p किंवा d उपकवचात इलेक्ट्रॉन युग्मित करणे.
• d खंड चुकीच्या कवचात ठेवणे: आवर्त 4 मध्ये 3d भरते, 4d नाही.
• Cr आणि Cu चा नमुना माहिती तपासल्याशिवाय त्यांच्या खालील प्रत्येक मूलद्रव्याला लावणे.