Elektronik konfigürasyonu da elektronik yapı olarak adlandırılan, bir atom çekirdeği etrafında enerji seviyelerinde elektron düzenlemedir. Eski Bohr atom modeline göre, elektronlar, çekirdeğe en yakın ilk kabuk olan K'den çekirdekten en uzak olan yedinci kabuk olan Q'ya kadar çekirdek çevresindeki yörüngelerde çeşitli seviyelerde yer alırlar.
Daha rafine bir kuantum mekaniği modeli açısından, KQ kabukları, her biri birden fazla elektron çifti tarafından işgal edilemeyen bir dizi orbitallere bölünmüştür.
Genel olarak, elektron konfigürasyonu, temel durumundaki bir atomun yörüngelerini tanımlamak için kullanılır, ancak aynı zamanda, kendi yörüngelerinde elektronların kaybını veya kazancını telafi ederek bir katyon veya anyon halinde iyonize olmuş bir atomu temsil etmek için de kullanılabilir.
Elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin çoğu, benzersiz elektronik konfigürasyonları ile ilişkilendirilebilir. En dıştaki kabuktaki elektronlar olan değerlik elektronları, elementin benzersiz kimyası için belirleyici faktördür.
Elektron konfigürasyonlarının temelleri
Bir atomun elektronlarını orbitallere atamadan önce, kişinin elektron konfigürasyonlarının temellerine aşina olması gerekir. Periyodik Tablodaki her element, protonlar, nötronlar ve elektronlardan oluşan atomlardan oluşur.
Elektronlar negatif bir yük sergilerler ve elektronun% 95 olasılıkla bulunabileceği uzay hacmi olarak tanımlanan elektron yörüngelerinde atomun çekirdeği etrafında bulunurlar.
Dört farklı yörünge türü (s, p, d ve f) farklı şekillere sahiptir ve bir yörünge en fazla iki elektron tutabilir. P, d ve f orbitallerinin farklı alt seviyeleri vardır, bu nedenle daha fazla elektron tutabilirler.
Belirtildiği gibi, her bir elementin elektron konfigürasyonu, periyodik tablodaki konumuna özgüdür. Enerji seviyesi periyot ile belirlenir ve elektron sayısı elementin atom numarası ile verilir.
Farklı enerji seviyelerindeki orbitaller birbirine benzer, ancak uzayda farklı alanları kaplar.
1s orbitali ve 2s orbitali bir s orbitalinin özelliklerine sahiptir (radyal düğümler, küresel hacim olasılıkları, sadece iki elektron içerebilirler, vb.). Ancak, farklı enerji seviyelerinde olduklarından, çekirdek etrafında farklı boşluklar işgal ederler. Her bir yörünge, periyodik tabloda belirli bloklarla temsil edilebilir.
S bloğu, helyum dahil alkali metallerin bölgesidir (Grup 1 ve 2), d bloğu geçiş metalleridir (Gruplar 3 ila 12), p blok, Grup 13 ila 18'in ana grubunun öğeleridir. Ve f bloğu, lantanid ve aktinid serisidir.
Şekil 1: Orbitallerin enerji seviyelerine göre değişen periyodik cetvelin elemanları ve periyotları.
Aufbau ilkesi
Aufbau, "inşa etmek" anlamına gelen Almanca "Aufbauen" kelimesinden gelir. Esasen, elektron konfigürasyonları yazarak, bir atomdan diğerine geçerken elektron orbitalleri oluşturuyoruz.
Bir atomun elektron konfigürasyonunu yazarken, orbitalleri artan atom numarası sırasına göre dolduracağız.
Aufbau ilkesi, bir atomda iki fermiyon (örneğin elektronlar) olmadığını söyleyen Pauli dışlama ilkesinden kaynaklanır. Aynı kuantum sayılarına sahip olabilirler, bu yüzden daha yüksek enerji seviyelerinde "yığılmaları" gerekir.
Elektronların nasıl biriktiği, elektron konfigürasyonları meselesidir (Aufbau İlkesi, 2015).
Kararlı atomlar, çekirdekte protonlar kadar çok elektrona sahiptir. Elektronlar, Aufbau ilkesi adı verilen dört temel kuralı izleyerek kuantum yörüngelerinde çekirdeğin etrafında toplanır.
- Atomda aynı dört kuantum sayısını n, l, m ve s paylaşan iki elektron yoktur.
- Elektronlar ilk önce en düşük enerji seviyeli yörüngeleri işgal edecek.
- Elektronlar her zaman orbitalleri aynı dönüş numarasıyla doldurur. Orbitaller dolduğunda başlayacaktır.
- Elektronlar orbitalleri n ve l kuantum sayılarının toplamıyla dolduracaktır. Eşit (n + l) değerine sahip orbitaller ilk olarak daha düşük n değerlerle doldurulacaktır.
İkinci ve dördüncü kurallar temelde aynıdır. Dördüncü kuralın bir örneği 2p ve 3s orbitalleri olabilir.
Her iki durumda da 2p orbitali n = 2 ve l = 2 ve 3s orbitali n = 3 ve l = 1 (N + l) = 4'tür, ancak 2p orbitali en düşük enerjiye veya en düşük n değerine sahiptir ve katman 3s.
Neyse ki, Şekil 2'de gösterilen Moeller diyagramı elektron doldurma yapmak için kullanılabilir. Grafik, 1s'den köşegenleri çalıştırarak okunur.
Şekil 2: Elektron konfigürasyonunu doldurmanın Moeller diyagramı.
Şekil 2, atomik yörüngeleri gösterir ve oklar ileriyi izler.
Artık yörüngelerin sırasının doldurulduğu biliniyor, geriye kalan tek şey her bir yörüngenin boyutunu ezberlemektir.
S orbitallerinin 2 elektron içermesi için 1 olası m l değeri vardır
P orbitallerinin 6 elektron içermesi için 3 olası ml değeri vardır
D orbitalleri 10 elektron tutmak için 5 olası µl değerine sahiptir
F orbitalleri 14 elektron tutmak için 7 olası m l değerine sahiptir
Bir elementin kararlı bir atomunun elektronik konfigürasyonunu belirlemek için gereken tek şey budur.
Örneğin, nitrojen elementini ele alalım. Azotun yedi protonu ve dolayısıyla yedi elektronu vardır. Doldurulacak ilk yörünge, 1'in yörüngesidir.
Bir yörüngenin iki elektronu vardır, dolayısıyla geriye beş elektron kalır. Bir sonraki yörünge, 2'nin yörüngesidir ve sonraki ikisini içerir. Son üç elektron, altı elektron tutabilen 2p yörüngesine gidecektir (Helmenstine, 2017).
Dış elektron konfigürasyonunun önemi
Atomların özelliklerini belirlemede elektron dizilimleri önemli bir rol oynar.
Aynı grubun tüm atomları, atom numarası n haricinde aynı harici elektronik konfigürasyona sahiptir, bu yüzden benzer kimyasal özelliklere sahiptirler.
Atomik özellikleri etkileyen temel faktörlerden bazıları, işgal edilen en büyük orbitallerin boyutunu, daha yüksek enerjili orbitallerin enerjisini, orbital boşlukların sayısını ve daha yüksek enerjili orbitallerdeki elektronların sayısını içerir.
Atomik özelliklerin çoğu, en dıştaki elektronların çekirdeğe olan çekim derecesi ile en dıştaki elektron kabuğundaki elektronların sayısı, valans elektronlarının sayısı ile ilişkili olabilir.
Dış kabuğun elektronları kovalent kimyasal bağlar oluşturabilen, iyonlaşarak katyon veya anyon oluşturabilen, kimyasal elementlere oksidasyon durumunu veren elektronlardır.
Ayrıca atom yarıçapını da belirleyecekler. N büyüdükçe atom yarıçapı artar. Bir atom bir elektron kaybettiğinde, çekirdek etrafındaki negatif yükteki azalmaya bağlı olarak atom yarıçapında bir daralma olacaktır.
Dış kabuğun elektronları, moleküllerin özelliklerini ve bağların hibridizasyonlarını elde etmek için değerlik bağ teorisi, kristalin alan teorisi ve moleküler yörünge teorisi tarafından dikkate alınan elektronlardır.
Referanslar
- Aufbau İlkesi. (2015, 3 Haziran). Chem.libretexts'den alındı: chem.libretexts.org.
- Bozeman Science. (2013, Agoto 4). Elektron konfigürasyonu. Youtube'dan alınmıştır: youtube.com.
- Elektron Konfigürasyonları ve Atomların Özellikleri. (SF). Oneonta.edu'dan alınmıştır: oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7 Eylül). Elektronik konfigürasyon. Britannica'dan alınmıştır: britannica.com.
- Faizi, S. (2016, 12 Temmuz). Elektronik Yapılandırmalar. Chem.libretexts'den alınmıştır: chem.libretexts.org.
- Helmenstine, T. (2017, 7 Mart). Aufbau İlkesi - Elektronik Yapı ve Aufbau İlkesi. Thinkco'dan alınmıştır: thinkco.com.
- Khan, S. (2014, 8 Haziran). Değerlik elektronları ve bağlar. Khanacademy'den alınmıştır: khanacademy.org.