Mga Electron Configuration: Aufbau nga Han-ay, Lagda ni Hund, ngan mga Ion

Mga shell, subshell, ngan kapasidad han orbital

An kada electron ha atomo ginhuhulagway hin upat nga quantum number. An principal nga quantum number n (1, 2, 3, …) nagtatakda han shell. An angular momentum nga quantum number l nagtatakbo tikang ha 0 paingod ha n − 1 ngan nagtatakda han subshell: an l = 0, 1, 2, ngan 3 ginlalabelan nga s, p, d, ngan f. An magnetic nga quantum number mₗ nagtatakbo tikang ha −l paingod ha +l, salit an subshell may 2l + 1 nga orbital. An spin nga quantum number mₛ +½ o −½.

Tungod kay an kada orbital nagdudumara hin labing damo nga duha nga electron, an s nga subshell may 2, an p may 6, an d may 10, ngan an f may 14. An bug-os nga shell may 2n² nga electron: 2 para ha n = 1, 8 para ha n = 2, ngan 18 para ha n = 3. Ini nga mga kapasidad an kay ano nga an mga block han periodic table 2, 6, 10, ngan 14 nga kolum an kalapad.

Aufbau nga han-ay han pagpuno ngan an periodic table

Ha ground state, an mga electron naghuhunong ha mga subshell nga pinakaubos an enerhiya nga sumarang; ini an aufbau nga prinsipyo. Ha atomo nga damo an electron, an enerhiya han subshell nagdepende ha l ngan ha n, tungod kay an s nga electron mas masulod ngadto ha nucleus kay ha p o d nga electron nga pariho an n ngan mas gutiay an gintatabunan han sulod nga mga electron. An resulta nga han-ay para ha neutral nga mga atomo amo an 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

An n + l nga lagda nagpaparami hini nga han-ay: puni-a an mga subshell sumala han pagtaas han n + l, ngan kun magpareho an duha nga subshell, puni-a anay an may mas ubos nga n. Salit an 4s (4 + 0 = 4) napupuno antes han 3d (3 + 2 = 5). Puyde mo liwat basahon an han-ay tikang ha periodic table. Samtang naglalakat ha tibuok panahon, nag-aagi ka ha s nga block, unya ha f nga block kun may sumarang, unya ha d nga block, unya ha p nga block, nga an d nga subshell usa ka shell ha likod han numero han panahon ngan an f nga subshell duha ha likod.

An han-ay nagsasabot kun hain nga subshell an makakadawat han sunod nga electron tikang ha usa nga elemento paingod ha sunod. Diri ini nagkahulogan nga an 4s kanunay mas ubos an enerhiya kay ha 3d. Kun napuno na an 3d, ubos na an iya enerhiya kay ha 4s, amo ini an kay ano nga an transition-metal nga mga cation nawawara anay an ira 4s nga mga electron.

Pauli exclusion, lagda ni Hund, ngan mga orbital diagram

An Pauli exclusion nga prinsipyo nagsasabot nga waray duha nga electron ha atomo nga magkapariho an upat nga quantum number. An duha nga electron ha usa nga orbital nag-aambit na hin n, l, ngan mₗ, salit angay magkabaliskad an ira spin, ngan waray orbital nga makakadumara hin ikatulo.

An lagda ni Hund nag-aaplikar ha degenerate nga mga orbital, an mga pariho an enerhiya ha sulod han subshell. An mga electron naghuhunong hini nga tagsa-tagsa, nga parallel an spin, antes magtikang an pagparisan. An pagparisan nagpapataas han enerhiya tungod kay an duha nga electron ha usa nga orbital mas kusog nga nagtutuok, samtang an parallel nga spin ha bulag nga mga orbital nakakakuha hin exchange nga estabilidad. Salit an 2p³ han nitrogen may tulo nga diri-parisan nga electron, ngan an 2p⁴ han oxygen may usa nga parisan ngan duha nga diri-parisan nga electron.

Ha orbital diagram, magdrowing hin usa nga kahon kada orbital, puni-a an mga subshell sumala han aufbau nga han-ay, ngan ha sulod han subshell butangi hin usa nga pana ha kada kahon antes magdugang hin ikaduha. An mga atomo nga may diri-parisan nga electron paramagnetic ngan ginhihila ngadto ha magnetic nga field; an mga atomo nga parisan an ngatanan nga electron diamagnetic.

Mga halimbawa nga gin-solbar: selenium ngan zirconium

Halimbawa 1: selenium, Z = 34. Puni-a sumala han aufbau nga han-ay hasta nga 34 nga electron an nabutang: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. Susiha an kabug-osan: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. Para ha noble-gas nga notasyon, ilis-i an syahan nga 18 nga electron hin [Ar], an noble gas nga natatapos ha nauna nga panahon: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. An paglista han mga subshell sumala han numero han shell, sugad dinhi, usa nga kasagaran nga kombensyon; an [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ naghuhulagway han pariho nga configuration ha han-ay han pagpuno.

An upat nga 4p nga electron han selenium nag-aambit ha tulo nga orbital. An lagda ni Hund nagbubutang hin usa ha kada usa ngan nagpaparisan han ikaupat, nga nagbibilin hin duha nga diri-parisan nga electron. An iya unom nga valence electron, 4s² 4p⁴, nag-uuyon ha pattern han gawas han oxygen ngan sulfur ha group 16, amo an kay ano nga an selenium naghihimo han selenide ion, Se²⁻, isoelectronic ha krypton.

Halimbawa 2: zirconium, Z = 40. Pagkatapos han [Kr], nga nag-aambit hin 36 nga electron, upat an nahibilin. An sunod nga mga subshell amo an 5s ngan unya 4d, nga naghahatag hin [Kr] 4d² 5s², nga nag-uuyon ha ground-state nga datos han NIST. An duha nga 4d nga electron naghuhunong ha bulag nga mga orbital nga parallel an spin, salit an zirconium may duha nga diri-parisan nga electron.

Chromium, copper, ngan mga eksepsyon nga nakikiangay ha simple nga mga lagda

An aufbau nga han-ay nagtatagna hin [Ar] 3d⁴ 4s² para ha chromium ngan [Ar] 3d⁹ 4s² para ha copper. An spectroscopy nagpapakita hin [Ar] 3d⁵ 4s¹ ngan [Ar] 3d¹⁰ 4s¹. Tungod kay an 4s ngan 3d magkarapit an enerhiya ha ini nga mga atomo, an pagbalhin hin usa nga electron ngadto ha 3d nagpapaubos han kabug-osan nga enerhiya, nga ginbubulig han exchange nga estabilidad han tunga-puno o puno nga d nga subshell. An molybdenum, [Kr] 4d⁵ 5s¹, ngan silver, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, sumusunod han pariho nga pattern sugad han mga elemento ha ibabaw hini.

An esplikasyon nga tunga-puno nga subshell diri heneral nga lagda. An Niobium [Kr] 4d⁴ 5s¹ bisan an iya 4d nga subshell natatapos nga diri tunga-puno ni puno; an palladium [Kr] 4d¹⁰ nga waray 5s nga electron; ngan an tungsten, direkta ha ubos han molybdenum, [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s². Aramon an mga eksepsyon nga kinahanglan han imo kurso tikang ha datos imbes nga hinuon tikang ha lagda nga diri nag-uuyon ha ngatanan.

Mga configuration han monatomic nga mga ion

Para ha anion, dugangi hin mga electron an sunod nga sumarang nga subshell: an chlorine, [Ne] 3s² 3p⁵, nagiging Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶, isoelectronic ha argon. Para ha cation, kuhaa anay an mga electron tikang ha subshell nga pinakataas an n, ngan ha sulod hito nga shell tikang ha p antes han s. Para ha syahan nga hunay nga transition metal, kukuhaon anay hito an 4s nga mga electron antes han bisan ano nga 3d nga electron.

Halimbawa 3: mga ion han iron. An iron [Ar] 3d⁶ 4s². An Fe²⁺ nawawara hin duha nga 4s nga electron basi maghatag hin [Ar] 3d⁶, ngan an Fe³⁺ nawawara hin usa pa, tikang ha 3d, basi maghatag hin [Ar] 3d⁵. Susiha an mga ihap: an iron may 26 nga electron, an Fe²⁺ may 18 + 6 = 24, ngan an Fe³⁺ may 18 + 5 = 23. An libre nga Fe³⁺ nga ion may lima nga diri-parisan nga electron, usa ha kada 3d nga orbital.

Pariho nga lohika an nag-aaplikar ha p nga block. An tin [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p², ngan an Sn²⁺ nawawara han iya duha nga 5p nga electron basi magin [Kr] 4d¹⁰ 5s². An copper(I) [Ar] 3d¹⁰, tungod kay an uusa nga 4s nga electron han copper an nauuna nga mawara.

Kasagaran nga mga sayop ha pagsulat han mga configuration

Kadam-an han sayop ha configuration nahuhulog ha pira la nga pattern, ngan an kada usa masabtan pinaagi hin madali nga pagsusi antes magpadayon.

Kun an pakiana naghahangyo hin diri-parisan nga mga electron, magdrowing han orbital diagram para ha bahin-puno nga subshell imbes nga mamatuod tikang ha string han configuration. Kun naghahangyo mahitungod ha ion, isulat anay an neutral nga atomo, unya magdugang o magtangtang hin mga electron.

• Pagtangtang han 3d nga mga electron antes han 4s: an Fe²⁺ [Ar] 3d⁶, dire [Ar] 3d⁴ 4s². An kasagaran nga syahan-hunay nga mga cation sugad han Fe²⁺, Co²⁺, ngan Cu⁺ waray 4s nga electron.
• Paggamit han sayop nga noble-gas nga core: an core amo an noble gas tikang ha nauna nga panahon, [Ar] para ha mga elemento 19 hasta 36.
• Sayop nga pag-ihap han mga electron: an mga superscript angay magdugang ngadto ha Z para ha atomo ngan ngadto ha Z minus an karga para ha ion.
• Sobra nga pagpuno han subshell, sugad han 2p⁷ o 3d¹¹.
• Pagparisan han mga electron ha p o d nga subshell antes magkaada hin usa ha kada orbital.
• Pagbutang han d nga block ha sayop nga shell: an panahon 4 nagpupuno han 3d, dire 4d.
• Pagpadapat han pattern han Cr ngan Cu ha kada elemento ha ubos nga waray pagsusi han datos.