ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసాలు: ఆఫ్‌బౌ క్రమం, హుండ్ నియమం, అయాన్‌లు

కర్పరాలు, ఉపకర్పరాలు, ఆర్బిటాల్ సామర్థ్యం

ఒక పరమాణువులోని ప్రతి ఎలక్ట్రాన్‌ను నాలుగు క్వాంటం సంఖ్యలు వివరిస్తాయి. ప్రధాన క్వాంటం సంఖ్య n (1, 2, 3, …) కర్పరాన్ని నిర్ణయిస్తుంది. కోణీయ ద్రవ్యవేగ క్వాంటం సంఖ్య l, 0 నుండి n − 1 వరకు ఉండి ఉపకర్పరాన్ని నిర్ణయిస్తుంది: l = 0, 1, 2, 3 లను s, p, d, f అని పిలుస్తారు. అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్య mₗ, −l నుండి +l వరకు ఉంటుంది, కాబట్టి ఒక ఉపకర్పరంలో 2l + 1 ఆర్బిటాల్‌లు ఉంటాయి. స్పిన్ క్వాంటం సంఖ్య mₛ, +½ లేదా −½.

ప్రతి ఆర్బిటాల్ గరిష్ఠంగా రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది కాబట్టి, s ఉపకర్పరం 2, p 6, d 10, f 14 ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది. పూర్తి కర్పరం 2n² ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది: n = 1 కు 2, n = 2 కు 8, n = 3 కు 18. ఈ సామర్థ్యాల వల్లే ఆవర్తన పట్టిక బ్లాక్‌లు 2, 6, 10, 14 వరుసల వెడల్పుతో ఉంటాయి.

ఆఫ్‌బౌ నింపే క్రమం, ఆవర్తన పట్టిక

మూల స్థితిలో, ఎలక్ట్రాన్‌లు అందుబాటులో ఉన్న అతి తక్కువ శక్తి ఉపకర్పరాలను ఆక్రమిస్తాయి; ఇదే ఆఫ్‌బౌ సూత్రం. బహు-ఎలక్ట్రాన్ పరమాణువులో, ఉపకర్పర శక్తి n పైనే కాక l పైనా ఆధారపడుతుంది, ఎందుకంటే s ఎలక్ట్రాన్ సమాన n గల p లేదా d ఎలక్ట్రాన్ కంటే కేంద్రకానికి దగ్గరగా చొచ్చుకుపోతుంది, లోపలి ఎలక్ట్రాన్‌ల వల్ల తక్కువ రక్షణ పొందుతుంది. తటస్థ పరమాణువులకు ఫలిత క్రమం 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

n + l నియమం ఈ క్రమాన్ని పునరుత్పత్తి చేస్తుంది: n + l పెరిగే క్రమంలో ఉపకర్పరాలను నింపండి, రెండు ఉపకర్పరాలు సమానమైతే తక్కువ n ఉన్నదాన్ని ముందు నింపండి. కాబట్టి 4s (4 + 0 = 4) 3d (3 + 2 = 5) కంటే ముందు నిండుతుంది. క్రమాన్ని ఆవర్తన పట్టిక నుండి కూడా చదవవచ్చు. ఒక ఆవర్తనంలో అడ్డంగా వెళ్తూ, మీరు s బ్లాక్ గుండా, ఉంటే f బ్లాక్ గుండా, తర్వాత d బ్లాక్ గుండా, తర్వాత p బ్లాక్ గుండా వెళ్తారు; d ఉపకర్పరం ఆవర్తన సంఖ్య కంటే ఒక కర్పరం వెనుక, f రెండు వెనుక ఉంటుంది.

ఒక మూలకం నుండి తదుపరి మూలకానికి ఏ ఉపకర్పరం తదుపరి ఎలక్ట్రాన్‌ను పొందుతుందో ఈ క్రమం చెబుతుంది. 4s ఎల్లప్పుడూ 3d కంటే తక్కువ శక్తిలో ఉంటుందని దాని అర్థం కాదు. 3d ఆక్రమించబడిన తర్వాత, దాని శక్తి 4s కంటే తగ్గుతుంది, అందుకే పరివర్తన లోహ కాటయాన్‌లు ముందు తమ 4s ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోతాయి.

పౌలీ వర్జన సూత్రం, హుండ్ నియమం, ఆర్బిటాల్ రేఖాచిత్రాలు

పౌలీ వర్జన సూత్రం ప్రకారం ఒక పరమాణువులో ఏ రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లకూ నాలుగు క్వాంటం సంఖ్యలు ఒకేలా ఉండవు. ఒక ఆర్బిటాల్‌లోని రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లు ఇప్పటికే n, l, mₗ లను పంచుకుంటాయి, కాబట్టి వాటికి వ్యతిరేక స్పిన్‌లు ఉండాలి, ఏ ఆర్బిటాల్ మూడోదాన్ని కలిగి ఉండలేదు.

హుండ్ నియమం సమశక్తి ఆర్బిటాల్‌లకు, అంటే ఉపకర్పరంలో సమాన శక్తి గలవాటికి వర్తిస్తుంది. జత కట్టడం మొదలయ్యే ముందు ఎలక్ట్రాన్‌లు వాటిని సమాంతర స్పిన్‌లతో ఒక్కొక్కటిగా ఆక్రమిస్తాయి. ఒక ఆర్బిటాల్‌లో రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లు ఎక్కువగా వికర్షించుకుంటాయి కాబట్టి జత కట్టడం శక్తిని పెంచుతుంది, వేర్వేరు ఆర్బిటాల్‌లలో సమాంతర స్పిన్‌లు మార్పిడి స్థిరీకరణను పొందుతాయి. కాబట్టి నైట్రోజన్ 2p³ కు మూడు జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు, ఆక్సిజన్ 2p⁴ కు ఒక జత, రెండు జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉంటాయి.

ఆర్బిటాల్ రేఖాచిత్రంలో, ప్రతి ఆర్బిటాల్‌కు ఒక పెట్టె గీయండి, ఉపకర్పరాలను ఆఫ్‌బౌ క్రమంలో నింపండి, ఉపకర్పరంలో రెండో బాణం జోడించే ముందు ప్రతి పెట్టెలో ఒక బాణం ఉంచండి. జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లున్న పరమాణువులు పరా అయస్కాంతాలు, అయస్కాంత క్షేత్రంలోకి ఆకర్షించబడతాయి; అన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు జతకట్టిన పరమాణువులు ప్రతి అయస్కాంతాలు.

సాధన ఉదాహరణలు: సెలీనియం, జిర్కోనియం

ఉదాహరణ 1: సెలీనియం, Z = 34. 34 ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉంచబడే వరకు ఆఫ్‌బౌ క్రమంలో నింపండి: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. మొత్తాన్ని సరిచూడండి: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. జడ వాయువు సంజ్ఞామానం కోసం, మొదటి 18 ఎలక్ట్రాన్‌లను, అంటే మునుపటి ఆవర్తనాన్ని ముగించే జడ వాయువు [Ar] తో మార్చండి: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. ఇక్కడ లాగా ఉపకర్పరాలను కర్పర సంఖ్య ప్రకారం జాబితా చేయడం సాధారణ సంప్రదాయం; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ నింపే క్రమంలో అదే విన్యాసాన్ని వివరిస్తుంది.

సెలీనియం నాలుగు 4p ఎలక్ట్రాన్‌లు మూడు ఆర్బిటాల్‌లలో విస్తరిస్తాయి. హుండ్ నియమం ప్రతిదానిలో ఒకటి ఉంచి, నాలుగోదాన్ని జత చేస్తుంది, రెండు జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లను మిగులుస్తుంది. దాని ఆరు సంయోజకత ఎలక్ట్రాన్‌లు, 4s² 4p⁴, 16వ గ్రూపులోని ఆక్సిజన్, సల్ఫర్ బాహ్య నమూనాకు సరిపోతాయి, అందుకే సెలీనియం క్రిప్టాన్‌తో సమఎలక్ట్రానిక్ అయిన సెలీనైడ్ అయాన్, Se²⁻, ను ఏర్పరుస్తుంది.

ఉదాహరణ 2: జిర్కోనియం, Z = 40. 36 ఎలక్ట్రాన్‌లను లెక్కించే [Kr] తర్వాత, నాలుగు మిగులుతాయి. తదుపరి ఉపకర్పరాలు 5s, ఆపై 4d, ఇది [Kr] 4d² 5s² ఇస్తుంది, NIST మూల స్థితి డేటాతో సరిపోతుంది. రెండు 4d ఎలక్ట్రాన్‌లు సమాంతర స్పిన్‌లతో వేర్వేరు ఆర్బిటాల్‌లను ఆక్రమిస్తాయి, కాబట్టి జిర్కోనియంకు రెండు జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉన్నాయి.

క్రోమియం, కాపర్, సాధారణ నియమాలకు లొంగని అపవాదాలు

ఆఫ్‌బౌ క్రమం క్రోమియంకు [Ar] 3d⁴ 4s², కాపర్‌కు [Ar] 3d⁹ 4s² అని అంచనా వేస్తుంది. స్పెక్ట్రోస్కోపీ [Ar] 3d⁵ 4s¹, [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ చూపిస్తుంది. ఈ పరమాణువులలో 4s, 3d శక్తిలో దగ్గరగా ఉంటాయి కాబట్టి, ఒక ఎలక్ట్రాన్‌ను 3d లోకి కదిలిస్తే, సగం నిండిన లేదా నిండిన d ఉపకర్పరం మార్పిడి స్థిరీకరణ సహాయంతో మొత్తం శక్తి తగ్గుతుంది. మాలిబ్డినం, [Kr] 4d⁵ 5s¹, సిల్వర్, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, వాటి పైనున్న మూలకాల నమూనాను అనుసరిస్తాయి.

సగం నిండిన ఉపకర్పర వివరణ సాధారణ నియమం కాదు. నియోబియం [Kr] 4d⁴ 5s¹, అయినా దాని 4d ఉపకర్పరం సగం నిండదు, పూర్తిగా నిండదు; పల్లాడియం [Kr] 4d¹⁰, 5s ఎలక్ట్రాన్‌లు లేవు; మాలిబ్డినం నేరుగా కింద ఉన్న టంగ్‌స్టన్ [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s². సాధారణీకరించని నియమం నుండి వాటిని రాబట్టకుండా, మీ కోర్సుకు అవసరమైన అపవాదాలను డేటా నుండి నేర్చుకోండి.

ఏకపరమాణుక అయాన్‌ల విన్యాసాలు

ఆనయాన్‌కు, తదుపరి అందుబాటులో ఉన్న ఉపకర్పరంలో ఎలక్ట్రాన్‌లను జోడించండి: క్లోరిన్, [Ne] 3s² 3p⁵, ఆర్గాన్‌తో సమఎలక్ట్రానిక్ అయిన Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶ అవుతుంది. కాటయాన్‌కు, అత్యధిక n గల ఉపకర్పరం నుండి ముందు ఎలక్ట్రాన్‌లను తొలగించండి, ఆ కర్పరంలో s కంటే ముందు p నుండి. మొదటి వరుస పరివర్తన లోహానికి, అంటే ఏ 3d ఎలక్ట్రాన్‌ల కంటే ముందు 4s ఎలక్ట్రాన్‌లను తొలగించాలి.

ఉదాహరణ 3: ఐరన్ అయాన్‌లు. ఐరన్ [Ar] 3d⁶ 4s². Fe²⁺ రెండు 4s ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోయి [Ar] 3d⁶ ఇస్తుంది, Fe³⁺ 3d నుండి మరొకటి కోల్పోయి [Ar] 3d⁵ ఇస్తుంది. లెక్కలను సరిచూడండి: ఐరన్‌కు 26 ఎలక్ట్రాన్‌లు, Fe²⁺ కు 18 + 6 = 24, Fe³⁺ కు 18 + 5 = 23. స్వేచ్ఛా Fe³⁺ అయాన్‌కు ఐదు జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు, ప్రతి 3d ఆర్బిటాల్‌లో ఒకటి.

అదే తర్కం p బ్లాక్‌లో వర్తిస్తుంది. టిన్ [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p², Sn²⁺ తన రెండు 5p ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోయి [Kr] 4d¹⁰ 5s² అవుతుంది. కాపర్(I) [Ar] 3d¹⁰, ఎందుకంటే కాపర్ ఒక్క 4s ఎలక్ట్రాన్ ముందు వెళ్తుంది.

విన్యాసాలు రాసేటప్పుడు సాధారణ తప్పులు

చాలా విన్యాస తప్పులు కొన్ని నమూనాలలోకి వస్తాయి, ముందుకు వెళ్లే ముందే ప్రతిదాన్ని త్వరిత తనిఖీతో పట్టుకోవచ్చు.

ప్రశ్న జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లను అడిగినప్పుడు, విన్యాస స్ట్రింగ్ నుండి నిర్ణయించకుండా, పాక్షికంగా నిండిన ఉపకర్పరానికి ఆర్బిటాల్ రేఖాచిత్రం గీయండి. అది అయాన్ గురించి అడిగినప్పుడు, ముందు తటస్థ పరమాణువును రాసి, ఆపై ఎలక్ట్రాన్‌లను జోడించండి లేదా తొలగించండి.

• 4s కంటే ముందు 3d ఎలక్ట్రాన్‌లను తొలగించడం: Fe²⁺ [Ar] 3d⁶, [Ar] 3d⁴ 4s² కాదు. Fe²⁺, Co²⁺, Cu⁺ వంటి సాధారణ మొదటి వరుస కాటయాన్‌లకు 4s ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండవు.
• తప్పు జడ వాయువు కోర్‌ను ఉపయోగించడం: కోర్ మునుపటి ఆవర్తనంలోని జడ వాయువు, 19 నుండి 36 మూలకాలకు [Ar].
• ఎలక్ట్రాన్‌లను తప్పుగా లెక్కించడం: ఘాతాంకాల మొత్తం పరమాణువుకు Z కు, అయాన్‌కు Z మైనస్ ఆవేశానికి సమానం కావాలి.
• 2p⁷ లేదా 3d¹¹ వంటి ఉపకర్పరాన్ని అధికంగా నింపడం.
• ప్రతి ఆర్బిటాల్‌లో ఒకటి ఉండే ముందే p లేదా d ఉపకర్పరంలో ఎలక్ట్రాన్‌లను జత చేయడం.
• d బ్లాక్‌ను తప్పు కర్పరంలో ఉంచడం: 4వ ఆవర్తనం 3d ను నింపుతుంది, 4d కాదు.
• Cr, Cu నమూనాను వాటి కింద ఉన్న ప్రతి మూలకానికి డేటా సరిచూడకుండా వర్తింపజేయడం.