Elektron konfiguratsiyalar: Aufbau tartibi, Xund qoidasi va ionlar

Qobiqlar, qobiqchalar va orbital sig'imi

Atomdagi har bir elektron to'rtta kvant soni bilan tavsiflanadi. Bosh kvant soni n (1, 2, 3, …) qobiqni belgilaydi. Orbital impuls momenti kvant soni l 0 dan n − 1 gacha o'zgaradi va qobiqchani belgilaydi: l = 0, 1, 2 va 3 mos ravishda s, p, d va f deb belgilanadi. Magnit kvant soni mₗ −l dan +l gacha o'zgaradi, shuning uchun qobiqchada 2l + 1 ta orbital bor. Spin kvant soni mₛ +½ yoki −½.

Har bir orbitalda ko'pi bilan ikkita elektron bo'lgani uchun s qobiqchada 2, p da 6, d da 10 va f da 14 ta elektron bo'ladi. To'liq qobiq 2n² ta elektron sig'diradi: n = 1 uchun 2, n = 2 uchun 8 va n = 3 uchun 18. Davriy jadval bloklarining kengligi 2, 6, 10 va 14 ustun bo'lishining sababi shu sig'imlar.

Aufbau to'ldirish tartibi va davriy jadval

Asosiy holatda elektronlar mavjud eng past energiyali qobiqchalarni egallaydi; bu Aufbau prinsipi. Ko'p elektronli atomda qobiqcha energiyasi n ga ham, l ga ham bog'liq, chunki s elektron o'xshash n dagi p yoki d elektronga qaraganda yadroga yaqinroq kirib boradi va ichki elektronlar tomonidan kamroq ekranlanadi. Neytral atomlar uchun natijaviy tartib: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

n + l qoidasi bu tartibni takrorlaydi: qobiqchalarni n + l ning ortib borishi bo'yicha to'ldiring, ikki qobiqcha teng bo'lsa, n kichigini avval to'ldiring. Shunday qilib, 4s (4 + 0 = 4) 3d (3 + 2 = 5) dan oldin to'ladi. Tartibni davriy jadvaldan ham o'qish mumkin. Davr bo'ylab harakatlanganda s bloki, so'ng (mavjud bo'lsa) f bloki, keyin d bloki, so'ng p bloki orqali o'tasiz; d qobiqchasi davr raqamidan bir qobiq orqada, f qobiqchasi ikki qobiq orqada.

Tartib bir elementdan keyingisiga o'tganda keyingi elektron qaysi qobiqchaga tushishini aytadi. U 4s har doim 3d dan past energiyali ekanini bildirmaydi. 3d egallangandan so'ng uning energiyasi 4s nikidan pasayadi, shuning uchun o'tish metallari kationlari avval 4s elektronlarini yo'qotadi.

Pauli ta'qiqlash prinsipi, Xund qoidasi va orbital diagrammalar

Pauli ta'qiqlash prinsipiga ko'ra atomdagi hech qaysi ikki elektron bir xil to'rtta kvant soniga ega bo'lmaydi. Bir orbitaldagi ikki elektron n, l va mₗ ni allaqachon baham ko'radi, shuning uchun ularning spinlari qarama-qarshi bo'lishi kerak va hech bir orbital uchinchisini sig'dira olmaydi.

Xund qoidasi aynigan orbitallarga, ya'ni qobiqchadagi teng energiyali orbitallarga, qo'llanadi. Elektronlar juftlashishdan oldin ularni bittadan, parallel spinlar bilan, egallaydi. Juftlashish energiyani oshiradi, chunki bir orbitaldagi ikki elektron kuchliroq itariladi, alohida orbitallardagi parallel spinlar esa almashinuv barqarorligini oladi. Shuning uchun azotning 2p³ sida uchta juftlashmagan elektron, kislorodning 2p⁴ ida bir juft va ikkita juftlashmagan elektron bor.

Orbital diagrammada har bir orbital uchun bitta katak chizing, qobiqchalarni Aufbau tartibida to'ldiring va qobiqcha ichida ikkinchisini qo'shishdan oldin har bir katakka bitta o'q qo'ying. Juftlashmagan elektronli atomlar paramagnit bo'lib, magnit maydoniga tortiladi; barcha elektronlari juftlashgan atomlar diamagnit.

Yechilgan misollar: selen va sirkoniy

1-misol: selen, Z = 34. 34 ta elektron joylashtirilguncha Aufbau tartibida to'ldiring: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. Umumiy sonni tekshiring: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. Nodir gaz yozuvi uchun dastlabki 18 ta elektronni oldingi davrni tugatadigan nodir gaz [Ar] bilan almashtiring: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. Qobiqchalarni shu yerdagidek qobiq raqami bo'yicha yozish keng tarqalgan kelishuv; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ xuddi shu konfiguratsiyani to'ldirish tartibida tasvirlaydi.

Selenning to'rtta 4p elektroni uchta orbitalga tarqaladi. Xund qoidasi har biriga bittadan joylashtiradi va to'rtinchisini juftlaydi, natijada ikkita juftlashmagan elektron qoladi. Uning oltita valent elektroni, 4s² 4p⁴, 16-guruhdagi kislorod va oltingugurtning tashqi qobig'iga o'xshaydi, shuning uchun selen kripton bilan izoelektron selenid ionini, Se²⁻, hosil qiladi.

2-misol: sirkoniy, Z = 40. 36 ta elektronni o'z ichiga olgan [Kr] dan keyin to'rttasi qoladi. Keyingi qobiqchalar 5s, so'ng 4d, ya'ni [Kr] 4d² 5s², bu NIST ning asosiy holat ma'lumotlariga mos. Ikki 4d elektron parallel spinli alohida orbitallarni egallaydi, shuning uchun sirkoniyda ikkita juftlashmagan elektron bor.

Xrom, mis va oddiy qoidalarga bo'ysunmaydigan istisnolar

Aufbau tartibi xrom uchun [Ar] 3d⁴ 4s² va mis uchun [Ar] 3d⁹ 4s² ni bashorat qiladi. Spektroskopiya [Ar] 3d⁵ 4s¹ va [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ ni ko'rsatadi. Bu atomlarda 4s va 3d energiyalari yaqin bo'lgani uchun bitta elektronni 3d ga ko'chirish umumiy energiyani pasaytiradi, bunga yarim to'lgan yoki to'lgan d qobiqchasining almashinuv barqarorligi yordam beradi. Molibden, [Kr] 4d⁵ 5s¹, va kumush, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, o'zlarining ustidagi elementlar bilan bir xil qonuniyatga amal qiladi.

Yarim to'lgan qobiqcha tushuntirishi umumiy qoida emas. Niobiy [Kr] 4d⁴ 5s¹, garchi uning 4d qobiqchasi na yarim to'lgan, na to'lgan bo'lib qolsa ham; palladiy [Kr] 4d¹⁰, 5s elektronlarisiz; molibden ostidagi volfram esa [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s². Kursingiz talab qiladigan istisnolarni umumlashtirilmaydigan qoidadan keltirib chiqarmay, ma'lumotlardan o'rganing.

Bir atomli ionlarning konfiguratsiyalari

Anion uchun elektronlarni keyingi mavjud qobiqchaga qo'shing: xlor, [Ne] 3s² 3p⁵, Cl⁻ ga, [Ne] 3s² 3p⁶, aylanadi va argon bilan izoelektron. Kation uchun elektronlarni avval eng yuqori n li qobiqchadan, shu qobiq ichida esa s dan oldin p dan oling. Birinchi qator o'tish metali uchun bu har qanday 3d elektronlaridan oldin 4s elektronlarini oladi.

3-misol: temir ionlari. Temir [Ar] 3d⁶ 4s². Fe²⁺ ikkala 4s elektronini yo'qotib [Ar] 3d⁶ ni beradi, Fe³⁺ esa 3d dan yana bittasini yo'qotib [Ar] 3d⁵ ni beradi. Sonlarni tekshiring: temirda 26 ta elektron bor, Fe²⁺ da 18 + 6 = 24, Fe³⁺ da 18 + 5 = 23. Erkin Fe³⁺ ionida beshta juftlashmagan elektron bor, har bir 3d orbitalda bittadan.

Xuddi shu mantiq p blokida ham qo'llanadi. Qalay [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p², Sn²⁺ esa ikkala 5p elektronini yo'qotib [Kr] 4d¹⁰ 5s² bo'ladi. Mis(I) [Ar] 3d¹⁰, chunki misning yagona 4s elektroni birinchi ketadi.

Konfiguratsiyalarni yozishdagi keng tarqalgan xatolar

Konfiguratsiya xatolarining ko'pi bir necha qonuniyatga kiradi va har birini davom etishdan oldin tezkor tekshiruv bilan aniqlash mumkin.

Savol juftlashmagan elektronlarni so'rasa, konfiguratsiya qatoriga qarab baho berish o'rniga qisman to'lgan qobiqcha uchun orbital diagrammani chizing. Ion haqida so'ralsa, avval neytral atomni yozing, so'ng elektron qo'shing yoki oling.

• 3d elektronlarini 4s dan oldin olib tashlash: Fe²⁺ [Ar] 3d⁶, [Ar] 3d⁴ 4s² emas. Fe²⁺, Co²⁺ va Cu⁺ kabi keng tarqalgan birinchi qator kationlarida 4s elektronlari yo'q.
• Noto'g'ri nodir gaz yadrosidan foydalanish: yadro oldingi davrdagi nodir gaz, 19 dan 36 gacha elementlar uchun [Ar].
• Elektronlarni noto'g'ri sanash: yuqori indekslar atom uchun Z ga, ion uchun Z minus zaryadga teng bo'lishi kerak.
• Qobiqchani ortiqcha to'ldirish, masalan 2p⁷ yoki 3d¹¹.
• Har bir orbitalda bittadan elektron bo'lmasdan p yoki d qobiqchasida elektronlarni juftlashtirish.
• d blokini noto'g'ri qobiqqa joylashtirish: 4-davr 3d ni to'ldiradi, 4d ni emas.
• Cr va Cu qonuniyatini ma'lumotlarni tekshirmasdan ularning ostidagi har bir elementga qo'llash.