Vad är den externa elektroniska konfigurationen?

Den elektroniska konfigurationen, även kallad elektronisk struktur, är arrangemanget av elektroner i energinivåer runt en atomkärna.

Enligt den gamla atommodellen Bohr upptar elektronerna flera nivåer i banor runt kärnan, från det första lagret närmast kärnan, K, till det sjunde lagret Q, vilket är längst bort från kärnan.

När det gäller en mer förfinad kvantmekanisk modell är KQ-skikten indelad i en uppsättning orbitaler, vilka var och en kan upptas av högst ett par elektroner (Encyclopædia Britannica, 2011).

Vanligtvis användes den elektroniska konfigurationen för att beskriva orbitalerna hos en atom i sitt jordtillstånd, men det kan också användas för att representera en atom som har ioniserats i en katjon eller anjon, vilket kompenserar för förlusten eller förstärkningen av elektroner i sina respektive orbitaler.

Många av elementens fysikaliska och kemiska egenskaper kan korreleras med sina unika elektroniska konfigurationer. Valenselektronerna, elektronerna i yttersta lagret, är den avgörande faktorn för elementets unika kemi.

Grundläggande begrepp för elektroniska konfigurationer

Innan elektronerna av en atom läggs till orbitalerna måste man bli bekant med de grundläggande begreppen för elektroniska konfigurationer. Varje element i det periodiska systemet består av atomer, som består av protoner, neutroner och elektroner.

Elektroner uppvisar en negativ laddning och finns runt atomens kärna i orbitalerna av elektronen, definierad som volymen av utrymme där elektronen kan hittas inom 95% sannolikhet.

De fyra olika typerna av orbitaler (s, p, d och f) har olika former och en orbital kan innehålla högst två elektroner. P, dyf-orbitalerna har olika delnivåer, så de kan innehålla mer elektroner.

Som angivet är den elektroniska konfigurationen av varje element unik för sin position i det periodiska tabellen. Energinivån bestäms av perioden och antalet elektroner ges av elementets atomnummer.

Orbitaler på olika energinivåer liknar varandra, men upptar olika områden i rymden.

Den 1: e orbitala och 2: a-orbitalen har egenskaperna hos en orbital s (radiala noder, sfäriska volymprovaliteter, de kan bara innehålla två elektroner, etc.). Men eftersom de finns i olika energinivåer upptar de olika utrymmen runt kärnan. Varje orbital kan representeras av specifika block i det periodiska tabellen.

Blocken s är regionen alkalimetaller inklusive helium (Grupp 1 och 2), blocket d är övergångsmetallerna (Grupperna 3 till 12), blocket p är elementen i huvudgruppen i Grupperna 13 till 18, Och block f är lantanid- och aktinidserien (Faizi, 2016).

Figur 1: element i det periodiska bordet och deras perioder som varierar beroende på orbitalernas energinivåer.

Principen för Aufbau

Aufbau kommer från det tyska ordet "Aufbauen" vilket betyder "att bygga". I huvudsak, när vi skriver elektronkonfigurationer konstruerar vi elektron-orbitaler när vi flyttar från en atom till en annan.

När vi skriver en atoms elektroniska konfiguration fyller vi orbitalerna i ökande ordning med atomnummer.

Principen för Aufbau härstammar från Pauli-uteslutningsprincipen som säger att det inte finns några två fermioner (t.ex. elektroner) i en atom. De kan ha samma uppsättning kvanttal, så de måste "stapla upp" på högre energinivåer.

Hur elektroner ackumuleras är ett ämne för elektronkonfigurationer (Aufbau Principle, 2015).

Stabila atomer har så många elektroner som protoner gör i kärnan. Elektroner samlas kring kärnan i kvanta orbitaler efter fyra grundläggande regler som kallas Aufbau-principen.

1. Det finns inga två elektroner i atomen som delar samma fyra kvantnummer n, l, m och s.
2. Elektronerna kommer att uppta orbitalerna av den lägsta energinivån först.
3. Elektronerna fyller alltid orbitalerna med samma spinnnummer. När orbitalerna är fulla, börjar det.
4. Elektronerna kommer att fylla orbitaler med summan av kvantnumren n och l. Orbitaler med lika värden på (n + l) fylls först med värdena på n lägre.

Den andra och fjärde reglerna är i princip samma. Ett exempel på regel fyra skulle vara 2p och 3s-orbitalerna.

En 2p-bana är n = 2 och l = 2 och en 3s-bana är n = 3 och l = 1. (N + l) = 4 i båda fallen, men 2p-bana har den lägsta energin eller lägsta värdet n och fylls före 3s lager.

Lyckligtvis kan Moeller-diagrammet som visas i Figur 2 användas för att fylla elektroner. Grafen läses genom att utföra diagonalerna från 1s.

Figur 2: Moeller-diagram för fyllning av den elektroniska konfigurationen.

Figur 2 visar atomorbitalerna och pilarna följer vägen att följa.

Nu när det är känt att orbitalernas ordning är full, är det enda kvar att memorera storleken på varje orbital.

S orbitaler har 1 möjligt värde av _{ml för} att innehålla 2 elektroner

P-orbital har 3 möjliga värden av _{ml för} att innehålla 6 elektroner

D-orbitalerna har 5 möjliga värden av _{ml för} att innehålla 10 elektroner

F-orbital har 7 möjliga värden av _{ml för} att innehålla 14 elektroner

Detta är allt som behövs för att bestämma den elektroniska konfigurationen av en stabil atom av ett element.

Ta till exempel kväveelementet. Kväve har sju protoner och därför sju elektroner. Den första orbitalen att fylla är 1: e banan.

En orbital har två elektroner, så det finns fem elektroner kvar. Nästa orbital är 2: e banan och innehåller de två följande. De tre slutliga elektronerna kommer att gå till 2p-banan som kan innehålla upp till sex elektroner (Helmenstine, 2017).

Betydelsen av extern elektronisk konfiguration

Elektronkonfigurationer spelar en viktig roll för att bestämma atomernas egenskaper.

Alla atomer i samma grupp har samma externa elektroniska konfiguration med undantag av atomnummer n, det är därför de har liknande kemiska egenskaper.

Några av de nyckelfaktorer som påverkar atomegenskaperna är storleken på de största ockuperade orbitalerna, energin hos de högre energibytorna, antalet orbitala lediga platser och antalet elektroner i de högre energibytorna (elektronkonfigurationer och Egenskaperna hos Atomer, SF).

De flesta atomegenskaper kan vara relaterade till graden av attraktion mellan elektroner mer externt till kärnan och antalet elektroner i det yttre elektronskiktet, antalet valenselektroner.

Elektronerna i det yttre skiktet är de som kan bilda kovalenta kemiska bindningar, är de som har kapacitet att jonisera för att bilda katjoner eller anjoner och är de som ger oxidationstillståndet till de kemiska elementen (Khan, 2014).

De bestämmer också atomradieen. När n blir större ökar atomraden. När en atom förlorar en elektron kommer det att bli en sammandragning av atomraden på grund av minskningen av negativ laddning runt kärnan.

Det yttre skiktets elektroner är de som beaktas av valensbindningsteorin, kristallin fältteori och molekylär orbitalt teori för att erhålla molekylernas egenskaper och bindningarna av hybridiseringen (Bozeman Science, 2013).