Habaynta elektaroonnada: nidaamka aufbau, xeerka Hund iyo ayoonnada

Qolofyada, hoos-qolofyada iyo awoodda orbital-ka

Elektaroon kasta oo atam ku jira waxaa lagu qeexaa afar lambar quantum. Lambarka quantum ee ugu weyn n (1, 2, 3, …) wuxuu dejiyaa qolofka. Lambarka quantum ee xoogga gees-wareegga l wuxuu ka kooban yahay 0 ilaa n − 1 wuxuuna dejiyaa hoos-qolofka: l = 0, 1, 2 iyo 3 waxaa loo calaamadeeyaa s, p, d iyo f. Lambarka quantum ee magnetiga mₗ wuxuu ka kooban yahay −l ilaa +l, sidaa darteed hoos-qolof wuxuu ka kooban yahay 2l + 1 orbital. Lambarka quantum ee spin mₛ waa +½ ama −½.

Sababtoo ah orbital kastaa wuxuu qaadaa ugu badnaan laba elektaroon, hoos-qolof s wuxuu qaadaa 2, p wuxuu qaadaa 6, d wuxuu qaadaa 10, f-na wuxuu qaadaa 14. Qolof dhammaystiran wuxuu qaadaa 2n² elektaroon: 2 n = 1, 8 n = 2, iyo 18 n = 3. Awoodahaasi waa sababta qaybaha shaxda xilliyeedku u yihiin 2, 6, 10 iyo 14 tiir ballac ahaan.

Nidaamka buuxinta aufbau iyo shaxda xilliyeedka

Heerka ugu hooseeya, elektaroonnadu waxay qaataan hoos-qolofyada tamarta ugu hooseeya ee la heli karo; kani waa mabda'a aufbau. Atam leh elektaroonno badan, tamarta hoos-qolofku waxay ku xiran tahay l iyo n labadaba, sababtoo ah elektaroon s ah wuxuu u dhow galaa nukliyeerka marka loo eego elektaroon p ama d ah oo n u dhow leh isla markaana wuxuu ka yar yahay daboolka elektaroonnada gudaha. Nidaamka ka dhasha atamyada dhexdhexaadka ahi waa 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

Xeerka n + l wuxuu soo saaraa nidaamkan: ku buuxi hoos-qolofyada nidaamka kordhaya ee n + l, marka laba hoos-qolof ay barbar socdaan, marka hore ku buuxi kan n hooseeya. Sidaas darteed 4s (4 + 0 = 4) wuxuu buuxsamaa kahor 3d (3 + 2 = 5). Nidaamka waxaad sidoo kale ka akhrisan kartaa shaxda xilliyeedka. Marka aad ku socoto xilli, waxaad dhex marta qaybta s, kadibna qaybta f haddii ay jirto, kadibna qaybta d, kadibna qaybta p, hoos-qolofka d wuxuu hal qolof gadaal ka yahay lambarka xilliga f-na laba.

Nidaamku wuxuu kuu sheegayaa hoos-qolofka helaya elektaroonka xiga curiye ilaa curiye. Ma ahan in 4s had iyo jeer tamarta ka hooseeyo 3d. Marka 3d la qabsado, tamarteedu waxay ka hoos dhacdaa tan 4s, taasina waa sababta kaatayoonnada birta isbeddelka u hore u waayaan elektaroonnadooda 4s.

Mabda'a Pauli ee ka reebka, xeerka Hund iyo jaantusyada orbital-ka

Mabda'a Pauli ee ka reebku wuxuu sheegayaa in laba elektaroon oo atam ku jira aanay wadaagin isla afartaas lambar quantum. Laba elektaroon oo hal orbital ku jira horeyba waxay u wadaagaan n, l iyo mₗ, sidaa darteed waa inay yeeshaan spin ka soo horjeeda, orbital-na ma qaadi karo mid saddexaad.

Xeerka Hund wuxuu khuseeyaa orbital-lada isku tamarta ah, kuwa isku tamarta ah hoos-qolof dhexdiisa. Elektaroonnadu waxay qaataan keli-keli, spin is-barbar socda, kahor intaan wax lammaanaw bilaabmin. Lammaanaynta waxay kordhisaa tamarta sababtoo ah laba elektaroon oo orbital kaliya ku jira aad bay isu celiyaan, halka spin-yada is-barbar socda ee orbital-lo kala duwan ay helaan xasilloonaan isweydaarsi. 2p³ ee nitrogen sidaa darteed wuxuu leeyahay saddex elektaroon oo aan lammaanayn, 2p⁴ ee oksijiinna wuxuu leeyahay hal lammaane iyo laba elektaroon oo aan lammaanayn.

Jaantus orbital ah, sawir hal sanduuq orbital kasta, ku buuxi hoos-qolofyada nidaamka aufbau, hoos-qolof dhexdiisana hal fallaar geli sanduuq kasta kahor intaadan ku darin mid labaad. Atamyada leh elektaroonno aan lammaanayn waa paramagnetic oo waxaa soo jiita goobta magnetiga; atamyada elektaroonnadooda oo dhan lammaaneeyeen waa diamagnetic.

Tusaalayaal la xaliyey: selenium iyo zirconium

Tusaale 1: selenium, Z = 34. Ku buuxi nidaamka aufbau ilaa 34 elektaroon la dhigo: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. Hubi wadarta: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. Qoritaanka gaaska sharafta leh, ku beddel 18-kii elektaroon ee ugu horreeyay [Ar], gaaska sharafta leh ee dhammeeya xilligii hore: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. Taxida hoos-qolofyada iyadoo la raacayo lambarka qolofka, sida halkan, waa heshiis caadi ah; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ wuxuu qeexayaa isla habayn nidaamka buuxinta.

Afarta elektaroon ee 4p ee selenium waxay ku faafsan yihiin saddex orbital. Xeerka Hund wuxuu mid walba mid gelinayaa wuxuuna lammaaneeyaa kan afraad, isagoo ka tagaya laba elektaroon oo aan lammaanayn. Lixdiisa elektaroon ee valence, 4s² 4p⁴, waxay la mid yihiin qaabka dibadda ee oksijiinta iyo sulfur ee kooxda 16, taasina waa sababta selenium u sameeyo ayoonka selenide, Se²⁻, oo isoelektaroonik la ah krypton.

Tusaale 2: zirconium, Z = 40. Kadib [Kr], oo xisaabinaya 36 elektaroon, afar ayaa hadha. Hoos-qolofyada xiga waa 5s kadibna 4d, taasoo bixisa [Kr] 4d² 5s², kaas oo la jaan qaadaya xogta heerka ugu hooseeya ee NIST. Labada elektaroon ee 4d waxay qaataan orbital kala duwan iyagoo leh spin is-barbar socda, sidaa darteed zirconium wuxuu leeyahay laba elektaroon oo aan lammaanayn.

Chromium, copper iyo ka reebisyo ka adkaysta xeerar fudud

Nidaamka aufbau wuxuu saadaaliyaa [Ar] 3d⁴ 4s² chromium iyo [Ar] 3d⁹ 4s² copper. Spectroscopy wuxuu muujiyaa [Ar] 3d⁵ 4s¹ iyo [Ar] 3d¹⁰ 4s¹. Sababtoo ah 4s iyo 3d waxay tamar ahaan isu dhow yihiin atamyadan, u wareejinta hal elektaroon 3d waxay hoos u dhigtaa wadarta tamarta, iyadoo ay caawiso xasilloonaanta isweydaarsi ee hoos-qolof d badh-buuxa ama buuxa. Molybdenum, [Kr] 4d⁵ 5s¹, iyo silver, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, waxay raacaan isla qaabka curiyayaasha kor ka yaal.

Sharaxaadda hoos-qolofka badh-buuxa ma aha xeer guud. Niobium waa [Kr] 4d⁴ 5s¹ in kasta oo hoos-qolofkiisa 4d uusan noqon badh-buuxa mana buuxo; palladium waa [Kr] 4d¹⁰ iyada oo aan jirin elektaroonno 5s; tungsten-ka toos molybdenum ka hoosreeya-na waa [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s². Baro ka reebisyada koorsadaadu u baahan tahay xogta, ha ka soo qaadan xeer aan guud ahayn.

Habaynta ayoonnada hal-atamka ah

Anayoon, ku dar elektaroonno hoos-qolofka xiga ee la heli karo: chlorine, [Ne] 3s² 3p⁵, wuxuu noqdaa Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶, isoelektaroonik la leh argon. Kaatayoon, ka saar elektaroonnada hoos-qolofka n ugu sarreeya marka hore, qolofkaas dhexdiisana p kahor s. Birta isbeddelka ee safka koowaad, taasi waxay qaadataa elektaroonnada 4s kahor elektaroonnada 3d.

Tusaale 3: ayoonnada birta. Birtu waa [Ar] 3d⁶ 4s². Fe²⁺ wuxuu waayaa labada 4s si uu u bixiyo [Ar] 3d⁶, Fe³⁺-na wuxuu waayaa mid kale, 3d, si uu u bixiyo [Ar] 3d⁵. Hubi tirooyinka: birtu waxay leedahay 26 elektaroon, Fe²⁺ wuxuu leeyahay 18 + 6 = 24, Fe³⁺-na wuxuu leeyahay 18 + 5 = 23. Ayoonka Fe³⁺ ee xorta ahi wuxuu leeyahay shan elektaroon oo aan lammaanayn, mid orbital 3d kasta.

Isla macquulnimadaas ayaa khuseysa qaybta p. Tin waa [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p², Sn²⁺-na wuxuu waayaa labadiisa elektaroon ee 5p si uu u noqdo [Kr] 4d¹⁰ 5s². Copper(I) waa [Ar] 3d¹⁰, sababtoo ah elektaroonka keliya ee 4s ee copper ayaa horta tegaya.

Khaladaadka caadiga ah marka la qorayo habaynta

Khaladaadka habaynta intooda badan waxay ku dhacaan dhawr qaab, mid kastaana waxaa lagu qabsan karaa hubin degdeg ah kahor intaadan sii socon.

Marka su'aal weydiiso elektaroonnada aan lammaanayn, sawir jaantuska orbital-ka ee hoos-qolofka qayb ahaan buuxa halkii aad ku xukumi lahayd xargaha habaynta. Marka ay ka weydiiso ayoon, marka hore qor atamka dhexdhexaadka ah, kadibna ku dar ama ka saar elektaroonno.

• Ka saaridda elektaroonnada 3d kahor 4s: Fe²⁺ waa [Ar] 3d⁶, ma aha [Ar] 3d⁴ 4s². Kaatayoonnada safka koowaad ee caadiga ah sida Fe²⁺, Co²⁺ iyo Cu⁺ ma laha elektaroonno 4s.
• Isticmaalka udub-dhexaad gaaska sharafta leh oo khaldan: udub-dhexaadku waa gaaska sharafta leh ee xilligii hore, [Ar] curiyayaasha 19 ilaa 36.
• Khalad ku tirinta elektaroonnada: tirooyinka kor-qoran waa inay isugu darmaan Z atamka iyo Z laga jaray dallacaadda ayoonka.
• Buuxinta hoos-qolof xad-dhaaf ah, sida 2p⁷ ama 3d¹¹.
• Lammaaneynta elektaroonnada hoos-qolofka p ama d kahor intaan orbital kasta hayn mid.
• Dhigidda qaybta d qolof khaldan: xilliga 4 wuxuu buuxiyaa 3d, ma aha 4d.
• Ku dabaqidda qaabka Cr iyo Cu curiye kasta ka hooseeya iyada oo aan xogta la hubin.