Àwọn Ìṣètò Ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù: Ìtò Aufbau, Òfin Hund, àti Àwọn Íọ̀nù

Àwọn ikarahun, àwọn ikarahun kékeré, àti agbára orbítà

A ń ṣàpèjúwe ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kọ̀ọ̀kan nínú átọ̀mù kan pẹ̀lú àwọn nọ́ńbà kọ́ọ́ntọ̀mù mẹ́rin. Nọ́ńbà kọ́ọ́ntọ̀mù pàtàkì n (1, 2, 3, …) ń pinnu ikarahun náà. Nọ́ńbà kọ́ọ́ntọ̀mù ìgbésẹ̀ ìyípo l ń lọ láti 0 dé n − 1 ó sì ń pinnu ikarahun kékeré náà: l = 0, 1, 2, àti 3 ni a sàmì sí s, p, d, àti f. Nọ́ńbà kọ́ọ́ntọ̀mù mágnẹ́tìkì mₗ ń lọ láti −l dé +l, nítorí náà ikarahun kékeré kan ní orbítà 2l + 1. Nọ́ńbà kọ́ọ́ntọ̀mù ìyípo-ara mₛ jẹ́ +½ tàbí −½.

Nítorí pé orbítà kọ̀ọ̀kan ń gba ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù méjì ní ọ̀pọ̀ jù, ikarahun kékeré s ń gba 2, p ń gba 6, d ń gba 10, f sì ń gba 14. Ikarahun pípé ń gba ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 2n²: 2 fún n = 1, 8 fún n = 2, àti 18 fún n = 3. Àwọn agbára wọ̀nyí ni ìdí tí àwọn àgbègbè tábìlì àwọn èròjà fi jẹ́ 2, 6, 10, àti 14 ọ̀wọ́ ní fífẹ̀.

Ìtò kíkún aufbau àti tábìlì àwọn èròjà

Ní ipò ìsàlẹ̀, àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù ń gba àwọn ikarahun kékeré tí agbára wọn kéré jù tó wà; èyí ni òfin aufbau. Nínú átọ̀mù tó ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù púpọ̀, agbára ikarahun kékeré sinmi lórí l àti n, nítorí pé ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù s ń wọlé sún mọ́ nukilíọ̀sì ju ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù p tàbí d tó ní n tó jọra lọ, àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù inú sì ń dáàbò bò ó díẹ̀. Ìtò tó yọrí fún àwọn átọ̀mù aláìní ẹrù iná ni 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

Òfin n + l ń ṣe ìtò yìí jáde: kún àwọn ikarahun kékeré ní ìtò n + l tó ń pọ̀ sí i, nígbà tí méjì bá dọ́gba, kún èyí tó ní n tó kéré jù ní àkọ́kọ́. Nítorí náà 4s (4 + 0 = 4) ń kún ṣáájú 3d (3 + 2 = 5). O tún lè ka ìtò náà láti tábìlì àwọn èròjà. Bí o ṣe ń kọjá ìlà kan, o ń la àgbègbè s kọjá, lẹ́yìn náà àgbègbè f tí ó bá wà, lẹ́yìn náà àgbègbè d, lẹ́yìn náà àgbègbè p, pẹ̀lú ikarahun kékeré d tó wà ní ikarahun kan lẹ́yìn nọ́ńbà ìlà àti ikarahun kékeré f tó wà ní méjì lẹ́yìn.

Ìtò náà sọ fún ọ ikarahun kékeré wo ni yóò gba ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù tó kàn láti èròjà kan sí èkejì. Kò túmọ̀ sí pé agbára 4s kéré ju ti 3d nígbà gbogbo. Nígbà tí 3d bá ti kún, agbára rẹ̀ ń sọ̀kalẹ̀ sí abẹ́ ti 4s, ìdí nìyí tí àwọn kátáíọ̀nù irin àyípadà fi ń pàdánù àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 4s wọn kọ́kọ́.

Ìyọkúrò Pauli, òfin Hund, àti àwọn àwòrán orbítà

Òfin ìyọkúrò Pauli sọ pé ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù méjì nínú átọ̀mù kan kò lè pín nọ́ńbà kọ́ọ́ntọ̀mù mẹ́rin kan náà. Ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù méjì nínú orbítà kan ti pín n, l, àti mₗ, nítorí náà wọ́n gbọ́dọ̀ ní ìyípo-ara tó yàtọ̀ síra, orbítà kankan kò sì lè gba ẹkẹta.

Òfin Hund kan àwọn orbítà tó pín agbára kan náà, àwọn tó ní agbára dọ́gba nínú ikarahun kékeré kan. Àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù ń gba wọ́n ní ọ̀kọ̀ọ̀kan, pẹ̀lú ìyípo-ara tó jọra, kí ìsopọ̀ tó bẹ̀rẹ̀. Ìsopọ̀ ń gbé agbára ga nítorí pé ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù méjì nínú orbítà kan ń tì ara wọn lágbára jù, nígbà tí ìyípo-ara tó jọra nínú orbítà yàtọ̀ ń jèrè ìdúróṣinṣin pàṣípààrọ̀. 2p³ ti náítírójìn nítorí náà ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù aláìpéjú mẹ́ta, 2p⁴ ti ọ́ksíjìn sì ní ìpéjú kan àti ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù aláìpéjú méjì.

Nínú àwòrán orbítà, ya àpótí kan fún orbítà kọ̀ọ̀kan, kún àwọn ikarahun kékeré ní ìtò aufbau, àti nínú ikarahun kékeré kan fi ọfà kan sí àpótí kọ̀ọ̀kan kí o tó fi èkejì kún un. Àwọn átọ̀mù tó ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù aláìpéjú jẹ́ pàrámágnẹ́tìkì, a sì fà wọ́n sínú pápá mágnẹ́tìkì; àwọn átọ̀mù tí gbogbo ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù wọn ti pé jẹ́ dáyámágnẹ́tìkì.

Àwọn àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́: sẹ́lẹ́níọ́mù àti sírkóníọ́mù

Àpẹẹrẹ 1: sẹ́lẹ́níọ́mù, Z = 34. Kún ní ìtò aufbau títí a ó fi gbé ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 34 sí ipò: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. Ṣàyẹ̀wò àpapọ̀: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. Fún àkọtọ́ gáàsì ọlọ́lá, fi [Ar] rọ́pò ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 18 àkọ́kọ́, gáàsì ọlọ́lá tó parí ìlà tó ṣáájú: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. Àtòkọ àwọn ikarahun kékeré ní ìtò nọ́ńbà ikarahun, bíi níbí, jẹ́ àṣà tó wọ́pọ̀; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ ṣàpèjúwe ìṣètò kan náà ní ìtò kíkún.

Ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 4p mẹ́rin ti sẹ́lẹ́níọ́mù tàn káàkiri orbítà mẹ́ta. Òfin Hund fi ọ̀kan sí ọ̀kọ̀ọ̀kan ó sì so ẹkẹrin pọ̀, ó fi ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù aláìpéjú méjì sílẹ̀. Àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù fálẹ́ǹsì mẹ́fà rẹ̀, 4s² 4p⁴, bá àpẹẹrẹ òde ọ́ksíjìn àti sọ́lfọ̀ nínú ẹgbẹ́ 16 mu, ìdí nìyí tí sẹ́lẹ́níọ́mù fi ń ṣẹ̀dá íọ̀nù sẹ́lẹ́náìdì, Se²⁻, tó ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù iye kan náà pẹ̀lú kíríptọ́nì.

Àpẹẹrẹ 2: sírkóníọ́mù, Z = 40. Lẹ́yìn [Kr], tó ṣàlàyé ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 36, mẹ́rin ló kù. Àwọn ikarahun kékeré tó kàn ni 5s àti lẹ́yìn náà 4d, tó fún ni [Kr] 4d² 5s², èyí tó bá dátà ipò ìsàlẹ̀ NIST mu. Àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 4d méjì náà ń gba orbítà yàtọ̀ pẹ̀lú ìyípo-ara tó jọra, nítorí náà sírkóníọ́mù ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù aláìpéjú méjì.

Kírómíọ́mù, bàbà, àti àwọn àyọkúrò tí kò gba àwọn òfin tó rọrùn

Ìtò aufbau sọ [Ar] 3d⁴ 4s² fún kírómíọ́mù àti [Ar] 3d⁹ 4s² fún bàbà tẹ́lẹ̀. Sípẹ́ktírọ́sìkópì fi [Ar] 3d⁵ 4s¹ àti [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ hàn. Nítorí 4s àti 3d sún mọ́ ara wọn ní agbára nínú àwọn átọ̀mù wọ̀nyí, gbígbé ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kan sínú 3d ń dín àpapọ̀ agbára kù, tí ìdúróṣinṣin pàṣípààrọ̀ ikarahun kékeré d tó kún ní ààbọ̀ tàbí pátápátá ràn lọ́wọ́. Mọ́líbídẹ́nọ́mù, [Kr] 4d⁵ 5s¹, àti fàdákà, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, tẹ̀lé àpẹẹrẹ kan náà pẹ̀lú àwọn èròjà tó wà lókè wọn.

Àlàyé ikarahun kékeré tó kún ní ààbọ̀ kì í ṣe òfin gbogbogbò. Naiobiọ́mù jẹ́ [Kr] 4d⁴ 5s¹ bó tilẹ̀ jẹ́ pé ikarahun kékeré 4d rẹ̀ kò kún ní ààbọ̀ tàbí pátápátá; pálàdíọ́mù jẹ́ [Kr] 4d¹⁰ láìní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 5s; tọ̀ngístẹ́ìnì, tó wà tààrà lábẹ́ mọ́líbídẹ́nọ́mù, sì jẹ́ [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s². Kọ́ àwọn àyọkúrò tí ẹ̀kọ́ rẹ nílò láti inú dátà dípò fífa wọ́n yọ láti inú òfin tí kò ṣeé fi sílò gbogbo ọ̀nà.

Àwọn ìṣètò íọ̀nù oníátọ̀mù kan

Fún ánáíọ̀nù, fi àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kún ikarahun kékeré tó kàn tó wà: klóríìnì, [Ne] 3s² 3p⁵, di Cl⁻, [Ne] 3s² 3p⁶, tó ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù iye kan náà pẹ̀lú áàgọ́nù. Fún kátáíọ̀nù, yọ àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kúrò láti ikarahun kékeré tó ní n tó ga jù ní àkọ́kọ́, àti nínú ikarahun yẹn láti p ṣáájú s. Fún irin àyípadà ìlà àkọ́kọ́, ìyẹn ń mú àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 4s kúrò ṣáájú ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 3d èyíkéyìí.

Àpẹẹrẹ 3: àwọn íọ̀nù irin. Irin jẹ́ [Ar] 3d⁶ 4s². Fe²⁺ ń pàdánù àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 4s méjèèjì láti fún ni [Ar] 3d⁶, Fe³⁺ sì ń pàdánù ọ̀kan sí i, láti 3d, láti fún ni [Ar] 3d⁵. Ṣàyẹ̀wò iye: irin ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 26, Fe²⁺ ní 18 + 6 = 24, Fe³⁺ sì ní 18 + 5 = 23. Íọ̀nù Fe³⁺ aláìsopọ̀ ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù aláìpéjú márùn-ún, ọ̀kan nínú orbítà 3d kọ̀ọ̀kan.

Ìrò kan náà wúlò nínú àgbègbè p. Tìnì jẹ́ [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p², Sn²⁺ sì ń pàdánù àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 5p rẹ̀ méjèèjì láti di [Kr] 4d¹⁰ 5s². Bàbà(I) jẹ́ [Ar] 3d¹⁰, nítorí ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 4s kan ṣoṣo bàbà ló kọ́kọ́ lọ.

Àwọn àṣìṣe tó wọ́pọ̀ nígbà kíkọ àwọn ìṣètò

Ọ̀pọ̀ àṣìṣe ìṣètò bọ́ sínú àpẹẹrẹ díẹ̀, a sì lè mú ọ̀kọ̀ọ̀kan pẹ̀lú àyẹ̀wò kíákíá kí o tó tẹ̀síwájú.

Nígbà tí ìbéèrè bá béèrè ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù aláìpéjú, ya àwòrán orbítà fún ikarahun kékeré tó kún ní apá kan dípò dídájọ́ láti ọ̀rọ̀ ìṣètò náà. Nígbà tí ó bá béèrè nípa íọ̀nù, kọ átọ̀mù aláìní ẹrù iná ní àkọ́kọ́, lẹ́yìn náà fi àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kún un tàbí yọ wọ́n kúrò.

• Yíyọ ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 3d kúrò ṣáájú 4s: Fe²⁺ jẹ́ [Ar] 3d⁶, kì í ṣe [Ar] 3d⁴ 4s². Àwọn kátáíọ̀nù ìlà àkọ́kọ́ tó wọ́pọ̀ bíi Fe²⁺, Co²⁺, àti Cu⁺ kò ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 4s.
• Lílo àyípoyípo gáàsì ọlọ́lá tí kò tọ́: àyípoyípo náà ni gáàsì ọlọ́lá láti ìlà tó ṣáájú, [Ar] fún àwọn èròjà 19 sí 36.
• Kíka àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù ní àìtọ́: àwọn nọ́ńbà agbára gbọ́dọ̀ papọ̀ sí Z fún átọ̀mù àti sí Z yọ ẹrù iná fún íọ̀nù.
• Kíkún ikarahun kékeré jù, bíi 2p⁷ tàbí 3d¹¹.
• Sísopọ̀ àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù nínú ikarahun kékeré p tàbí d kí orbítà kọ̀ọ̀kan tó gba ọ̀kan.
• Gbígbé àgbègbè d sí ikarahun tí kò tọ́: ìlà 4 ń kún 3d, kì í ṣe 4d.
• Lílo àpẹẹrẹ Cr àti Cu sí gbogbo èròjà tó wà lábẹ́ wọn láì ṣàyẹ̀wò dátà.