इलेक्ट्रोन विन्यास: ओफबाउ क्रम, हुन्डको नियम र आयन

कोश, उपकोश र कक्षकको क्षमता

परमाणुको प्रत्येक इलेक्ट्रोनलाई चारओटा क्वान्टम सङ्ख्याले वर्णन गर्छन्। मुख्य क्वान्टम सङ्ख्या n (1, 2, 3, …) ले कोश तय गर्छ। कोणीय संवेग क्वान्टम सङ्ख्या l 0 देखि n − 1 सम्म हुन्छ र उपकोश तय गर्छ: l = 0, 1, 2 र 3 लाई s, p, d र f भनी नाम दिइन्छ। चुम्बकीय क्वान्टम सङ्ख्या mₗ −l देखि +l सम्म हुन्छ, त्यसैले उपकोशमा 2l + 1 कक्षक हुन्छन्। चक्रण क्वान्टम सङ्ख्या mₛ +½ वा −½ हुन्छ।

प्रत्येक कक्षकले बढीमा दुई इलेक्ट्रोन राख्ने भएकाले s उपकोशले 2, p ले 6, d ले 10, र f ले 14 राख्छ। पूर्ण कोशले 2n² इलेक्ट्रोन राख्छ: n = 1 का लागि 2, n = 2 का लागि 8, र n = 3 का लागि 18। यही क्षमताका कारण आवर्त तालिकाका ब्लकहरू 2, 6, 10 र 14 स्तम्भ चौडा हुन्छन्।

ओफबाउ भर्ने क्रम र आवर्त तालिका

आधार अवस्थामा इलेक्ट्रोनले उपलब्ध सबैभन्दा कम ऊर्जाका उपकोश ओगट्छन्; यो ओफबाउ सिद्धान्त हो। धेरै इलेक्ट्रोन भएको परमाणुमा उपकोशको ऊर्जा n मा मात्र होइन l मा पनि निर्भर गर्छ, किनभने s इलेक्ट्रोन समान n को p वा d इलेक्ट्रोनभन्दा नाभिकको नजिक प्रवेश गर्छ र भित्री इलेक्ट्रोनबाट कम परिरक्षित हुन्छ। तटस्थ परमाणुका लागि परिणामस्वरूप क्रम 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p हो।

n + l नियमले यही क्रम दिन्छ: उपकोशलाई n + l बढ्दो क्रममा भर्नुहोस्, र दुई उपकोश बराबर पर्दा सानो n भएकोलाई पहिले भर्नुहोस्। त्यसैले 4s (4 + 0 = 4) 3d (3 + 2 = 5) भन्दा पहिले भरिन्छ। तपाईं आवर्त तालिकाबाट पनि क्रम पढ्न सक्नुहुन्छ। आवर्तभरि सर्दा तपाईं s ब्लक, त्यसपछि भए f ब्लक, त्यसपछि d ब्लक, त्यसपछि p ब्लकबाट गुज्रनुहुन्छ, जहाँ d उपकोश आवर्त सङ्ख्याभन्दा एक कोश पछाडि र f उपकोश दुई कोश पछाडि हुन्छ।

क्रमले एउटा तत्वदेखि अर्कोमा जाँदा अर्को इलेक्ट्रोन कुन उपकोशले पाउँछ भनी बताउँछ। यसको अर्थ 4s सधैँ 3d भन्दा कम ऊर्जामा हुन्छ भन्ने होइन। 3d ओगटिएपछि यसको ऊर्जा 4s भन्दा तल झर्छ, र त्यसैले संक्रमण धातुका धनायनले पहिले आफ्ना 4s इलेक्ट्रोन गुमाउँछन्।

पाउली अपवर्जन, हुन्डको नियम र कक्षक रेखाचित्र

पाउली अपवर्जन सिद्धान्तले परमाणुका कुनै दुई इलेक्ट्रोनले चारै क्वान्टम सङ्ख्या साझा गर्न सक्दैनन् भन्छ। एउटै कक्षकका दुई इलेक्ट्रोनले पहिले नै n, l र mₗ साझा गर्छन्, त्यसैले तिनका चक्रण विपरीत हुनुपर्छ, र कुनै कक्षकले तेस्रो इलेक्ट्रोन राख्न सक्दैन।

हुन्डको नियम समशक्तिक कक्षक, अर्थात् उपकोशभित्र बराबर ऊर्जाका कक्षक, मा लागू हुन्छ। जोडी बन्नु अघि इलेक्ट्रोनले तिनलाई समानान्तर चक्रणसहित एक-एक गरी ओगट्छन्। जोडी बन्दा एउटै कक्षकका दुई इलेक्ट्रोन बढी प्रतिकर्षित हुने भएकाले ऊर्जा बढ्छ, जबकि अलग कक्षकमा समानान्तर चक्रणले विनिमय स्थिरीकरण पाउँछन्। त्यसैले नाइट्रोजनको 2p³ मा तीन अयुग्मित इलेक्ट्रोन हुन्छन्, र अक्सिजनको 2p⁴ मा एक जोडी र दुई अयुग्मित इलेक्ट्रोन हुन्छन्।

कक्षक रेखाचित्रमा प्रत्येक कक्षकका लागि एउटा बाकस कोर्नुहोस्, उपकोशलाई ओफबाउ क्रममा भर्नुहोस्, र उपकोशभित्र दोस्रो तीर थप्नुअघि प्रत्येक बाकसमा एउटा तीर राख्नुहोस्। अयुग्मित इलेक्ट्रोन भएका परमाणु अनुचुम्बकीय हुन्छन् र चुम्बकीय क्षेत्रतिर तानिन्छन्; सबै इलेक्ट्रोन जोडी बनेका परमाणु प्रतिचुम्बकीय हुन्छन्।

हल गरिएका उदाहरण: सेलेनियम र जिर्कोनियम

उदाहरण 1: सेलेनियम, Z = 34। 34 इलेक्ट्रोन नराखिएसम्म ओफबाउ क्रममा भर्नुहोस्: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴। कुल जाँच्नुहोस्: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34। अक्रिय ग्यास सङ्केतनका लागि पहिलो 18 इलेक्ट्रोनलाई अघिल्लो आवर्त अन्त्य गर्ने अक्रिय ग्यास [Ar] ले बदल्नुहोस्: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴। यहाँजस्तै कोश सङ्ख्याअनुसार उपकोश सूचीबद्ध गर्नु सामान्य परिपाटी हो; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ ले भरिने क्रममा उही विन्यासलाई वर्णन गर्छ।

सेलेनियमका चारओटा 4p इलेक्ट्रोन तीनओटा कक्षकमा फैलिन्छन्। हुन्डको नियमले प्रत्येकमा एउटा राख्छ र चौथोलाई जोडी बनाउँछ, जसले दुईओटा अयुग्मित इलेक्ट्रोन छोड्छ। यसका छ संयोजी इलेक्ट्रोन, 4s² 4p⁴, समूह 16 का अक्सिजन र सल्फरको बाहिरी ढाँचासँग मिल्छन्, र त्यसैले सेलेनियमले क्रिप्टनसँग समइलेक्ट्रोनिक सेलेनाइड आयन, Se²⁻, बनाउँछ।

उदाहरण 2: जिर्कोनियम, Z = 40। 36 इलेक्ट्रोन समेट्ने [Kr] पछि चारओटा बाँकी रहन्छन्। अर्का उपकोश 5s र त्यसपछि 4d हुन्, जसले [Kr] 4d² 5s² दिन्छ, जुन NIST को आधार अवस्था तथ्याङ्कसँग मिल्छ। दुईओटा 4d इलेक्ट्रोनले समानान्तर चक्रणसहित अलग कक्षक ओगट्छन्, त्यसैले जिर्कोनियममा दुईओटा अयुग्मित इलेक्ट्रोन छन्।

क्रोमियम, कपर र सरल नियमले नसमेट्ने अपवाद

ओफबाउ क्रमले क्रोमियमका लागि [Ar] 3d⁴ 4s² र कपरका लागि [Ar] 3d⁹ 4s² भविष्यवाणी गर्छ। स्पेक्ट्रोस्कोपीले [Ar] 3d⁵ 4s¹ र [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ देखाउँछ। यी परमाणुमा 4s र 3d को ऊर्जा नजिक भएकाले एउटा इलेक्ट्रोनलाई 3d मा सार्दा कुल ऊर्जा घट्छ, जसमा आधा-भरिएको वा भरिएको d उपकोशको विनिमय स्थिरीकरणले मद्दत गर्छ। मोलिब्डेनम, [Kr] 4d⁵ 5s¹, र सिल्भर, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, ले आफूभन्दा माथिका तत्वको जस्तै ढाँचा पछ्याउँछन्।

आधा-भरिएको उपकोशको व्याख्या सामान्य नियम होइन। नियोबियम [Kr] 4d⁴ 5s¹ हो यद्यपि यसको 4d उपकोश आधा भरिएको वा पूर्ण भरिएको हुँदैन; प्यालेडियम [Kr] 4d¹⁰ हो जसमा 5s इलेक्ट्रोन छैन; र मोलिब्डेनमको ठीक तलको टङ्स्टन [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s² हो। आफ्नो पाठ्यक्रमले माग्ने अपवाद सामान्यीकरण नहुने नियमबाट निकाल्नुको सट्टा तथ्याङ्कबाट सिक्नुहोस्।

एकपरमाणुक आयनका विन्यास

ऋणायनका लागि अर्को उपलब्ध उपकोशमा इलेक्ट्रोन थप्नुहोस्: क्लोरिन, [Ne] 3s² 3p⁵, Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶, बन्छ, जुन आर्गनसँग समइलेक्ट्रोनिक हुन्छ। धनायनका लागि सबैभन्दा ठूलो n भएको उपकोशबाट पहिले इलेक्ट्रोन हटाउनुहोस्, र त्यो कोशभित्र s भन्दा पहिले p बाट। पहिलो पङ्क्तिको संक्रमण धातुका लागि यसले कुनै 3d इलेक्ट्रोनअघि 4s इलेक्ट्रोन लिन्छ।

उदाहरण 3: आइरन आयन। आइरन [Ar] 3d⁶ 4s² हो। Fe²⁺ ले दुवै 4s इलेक्ट्रोन गुमाएर [Ar] 3d⁶ दिन्छ, र Fe³⁺ ले थप एउटा, 3d बाट, गुमाएर [Ar] 3d⁵ दिन्छ। सङ्ख्या जाँच्नुहोस्: आइरनमा 26 इलेक्ट्रोन छन्, Fe²⁺ मा 18 + 6 = 24 छन्, र Fe³⁺ मा 18 + 5 = 23 छन्। मुक्त Fe³⁺ आयनमा प्रत्येक 3d कक्षकमा एक-एक गरी पाँचओटा अयुग्मित इलेक्ट्रोन हुन्छन्।

यही तर्क p ब्लकमा पनि लागू हुन्छ। टिन [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p² हो, र Sn²⁺ ले आफ्ना दुईओटा 5p इलेक्ट्रोन गुमाएर [Kr] 4d¹⁰ 5s² बन्छ। कपर(I) [Ar] 3d¹⁰ हो, किनभने कपरको एउटै 4s इलेक्ट्रोन पहिले निस्कन्छ।

विन्यास लेख्दा हुने सामान्य गल्ती

अधिकांश विन्यासका त्रुटि केही ढाँचामा पर्छन्, र अगाडि बढ्नुअघि प्रत्येकलाई छिटो जाँचले समात्न सकिन्छ।

प्रश्नले अयुग्मित इलेक्ट्रोन माग्दा विन्यासको शृङ्खलाबाट अनुमान गर्नुको सट्टा आंशिक रूपमा भरिएको उपकोशको कक्षक रेखाचित्र कोर्नुहोस्। आयनबारे सोध्दा पहिले तटस्थ परमाणु लेख्नुहोस्, त्यसपछि इलेक्ट्रोन थप्नुहोस् वा हटाउनुहोस्।

• 4s अघि 3d इलेक्ट्रोन हटाउनु: Fe²⁺ [Ar] 3d⁶ हो, [Ar] 3d⁴ 4s² होइन। Fe²⁺, Co²⁺ र Cu⁺ जस्ता सामान्य पहिलो पङ्क्तिका धनायनमा 4s इलेक्ट्रोन हुँदैनन्।
• गलत अक्रिय ग्यास कोर प्रयोग गर्नु: कोर अघिल्लो आवर्तको अक्रिय ग्यास हो, तत्व 19 देखि 36 का लागि [Ar]।
• इलेक्ट्रोन गलत गन्नु: सुपरस्क्रिप्टको योग परमाणुका लागि Z र आयनका लागि Z घटाउ आवेश बराबर हुनुपर्छ।
• उपकोश अत्यधिक भर्नु, जस्तै 2p⁷ वा 3d¹¹।
• प्रत्येक कक्षकमा एउटा नहुँदै p वा d उपकोशमा इलेक्ट्रोन जोडी बनाउनु।
• d ब्लकलाई गलत कोशमा राख्नु: आवर्त 4 ले 4d होइन, 3d भर्छ।
• तथ्याङ्क नजाँचीकन Cr र Cu को ढाँचा तिनीहरूभन्दा तलका सबै तत्वमा लागू गर्नु।