Spektral gösterimde bir atomun çekirdeği etrafında elektron enerji düzeyi 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.
Bir atomun en dış kabuğundaki elektronlar bir tür enerji aldıklarında, daha yüksek enerjili katmanlara geçerler. Böylece, K kabuğundaki bir elektron daha yüksek enerji durumundayken L kabuğuna aktarılacaktır.
Elektron temel durumuna döndüğünde emdiği enerjiyi bir elektromanyetik spektrum (ışık) yayarak serbest bırakır. Her atom belirli bir elektronik konfigürasyona sahip olduğundan, absorpsiyon (veya emisyon) spektrumu olarak adlandırılan belirli bir spektruma da sahip olacaktır.
Bu nedenle, spektral gösterim terimi elektron konfigürasyonuna atıfta bulunmak için kullanılır.
Spektral gösterim nasıl belirlenir: kuantum sayıları
Bir atom içindeki her elektronun hareketini ve yörüngesini tam olarak tanımlamak için toplam dört kuantum numarası kullanılır.
Bir atomdaki tüm elektronların tüm kuantum sayılarının kombinasyonu, Schrödinger denklemini yerine getiren bir dalga fonksiyonu ile tanımlanır. Bir atomdaki her elektronun benzersiz bir kuantum numarası kümesi vardır.
Pauli Dışlama İlkesine göre, iki elektron, dört kuantum sayısının aynı kombinasyonunu paylaşamaz.
Kuantum sayıları önemlidir çünkü bir atomun elektron konfigürasyonunu ve atomdaki elektronların olası yerini belirlemek için kullanılabilirler.
Kuantum sayıları, iyonlaşma enerjisi ve atom yarıçapı gibi atomların diğer özelliklerini belirlemek için de kullanılır.
Kuantum sayıları elektronların belirli kabuklarını, alt kabuklarını, yörüngelerini ve dönüşlerini belirtir.
Bu, bir atomdaki bir elektronun özelliklerini tam olarak tanımladıkları anlamına gelir, yani Schrödinger denkleminin her benzersiz çözümünü veya bir atomdaki elektronların dalga fonksiyonunu tanımlarlar.
Toplam dört kuantum numarası vardır: ana kuantum sayısı (n), yörüngesel açısal momentum kuantum sayısı (l), manyetik kuantum sayısı (ml) ve elektron spin kuantum sayısı (ms).
Temel kuantum sayısı nn, bir elektronun enerjisini ve elektronun çekirdekten en olası mesafesini tanımlar. Başka bir deyişle, yörüngenin boyutunu ve bir elektronun yerleştirildiği enerji seviyesini ifade eder.
Alt kabukların sayısı veya ll, yörüngenin şeklini tanımlar. Açısal düğümlerin sayısını belirlemek için de kullanılabilir.
Manyetik kuantum sayısı, ml, bir alt kabuktaki enerji seviyelerini tanımlar ve ms, elektron üzerindeki yukarı veya aşağı olabilen dönüşü ifade eder.
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.
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'dir ve 3s orbitali n = 3 ve l = 1'dir, ancak 2p orbitali en düşük enerjiye veya en düşük n değerine sahiptir ve katman 3s.
Şekil 2: Elektron konfigürasyonunu doldurmanın Moeller diyagramı.
Neyse ki, Şekil 2'de gösterilen Moeller diyagramı elektron doldurma yapmak için kullanılabilir. Grafik, 1s'den köşegenleri çalıştırarak okunur.
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.
Hund kuralları
Aufbau'nun bölümü, elektronların önce en düşük enerjili orbitalleri nasıl doldurduğunu ve ardından ancak en düşük enerjili orbitaller dolduğunda en yüksek enerjili orbitallere nasıl hareket ettiğini tartıştı.
Ancak bu kuralla ilgili bir sorun var. Kesinlikle, 1s orbitalleri 2s orbitallerinden önce doldurulmalıdır, çünkü 1s orbitalleri daha düşük bir n değerine ve dolayısıyla daha düşük bir enerjiye sahiptir.
Ve üç farklı 2p orbitali? Hangi sırayla doldurulmalıdır? Bu sorunun cevabı Hund'un kuralını içerir.
Hund'un kuralı şunu belirtir:
- Bir alt seviyedeki her yörünge, herhangi bir yörünge iki katına çıkmadan önce ayrı ayrı işgal edilir.
- Bireysel olarak işgal edilmiş orbitallerdeki tüm elektronlar aynı dönüşe sahiptir (toplam spini maksimize etmek için).
Elektronlar orbitallere atandığında, bir elektron ilk olarak yarı dolu bir yörüngede başka bir elektronla eşleşmeden önce tüm orbitalleri benzer enerjiyle (dejenere orbitaller olarak da adlandırılır) doldurmaya çalışır.
Temel durumlardaki atomlar, mümkün olduğunca çok sayıda eşleşmemiş elektrona sahip olma eğilimindedir. Bu süreci görselleştirirken, elektronların, temasa geçmeleri durumunda bir mıknatıstaki aynı kutuplarla aynı davranışı sergilediğini düşünün.
Negatif yüklü elektronlar orbitalleri doldurduğunda, eşleşmeden önce mümkün olduğunca birbirlerinden uzaklaşmaya çalışırlar.
Referanslar
- Anastasiya Kamenko, TE (2017, 24 Mart). Kuantum sayıları. Chem.libretexts.org'dan kurtarıldı.
- Aufbau İlkesi. (2015, 3 Haziran). Chem.libretexts.org'dan kurtarıldı.
- Elektron Konfigürasyonları ve Atomların Özellikleri. (SF). Oneonta.edu'dan kurtarıldı.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7 Eylül). Elektronik konfigürasyon. Britannica.com'dan kurtarıldı.
- Helmenstine, T. (2017, 7 Mart). Aufbau İlkesi - Elektronik Yapı ve Aufbau İlkesi. Thinkco.com'dan kurtarıldı.
- Hund Kuralları. (2015, 18 Temmuz). Chem.libretexts.org'dan kurtarıldı.
- Spektroskopik Gösterim. (SF). Bcs.whfreeman.com'dan kurtarıldı.