Kiel Komprenei la Elektronan Konfiguracion de Atoj
La elektra konfiguro de atomo estas maniero priskribi kiel ĝiaj elektronoj disponeblas en malsamaj energianiveloj kaj subniveloj ĉirkaŭ la nukleuso. La elektra konfiguro de atomo determinas multajn el ĝiaj fizikaj kaj kemikaj ecoj, kiel ekzemple kiel ĝi reagas kun aliaj atomoj, kiel ĝi kondukas elektronon, kaj kiel ĝi kondutas en magnetkampo.
Kio estas Elektrono?
Elektrono estas negativĉarĝita subatoma partiklo, kiu orbitas ĉirkaŭ la nukleuso de atomo. La nukleuso konsistas el pozitivĉarĝitaj protonoj kaj neŭtralĉarĝitaj neutronoj. La nombro de protonoj en la nukleuso difinas la atomnombron de elemento, kaj la nombro de elektronoj en neŭtrala atomo egalas al la nombro de protonoj.
Elektronoj havas tre malgrandan mason komparite kun protonoj kaj neutronoj, kaj ili moviĝas tre rapide en siaj orbitoj. La orbitoj ne estas cirkulaj vojoj, sed pli ĝuste regionoj de spaco, kie la elektronoj plej verŝajne troveblas. Tiuj regionoj nomiĝas orbitaloj aŭ subskaloj, kaj ili havas malsamajn formojn kaj grandecojn depende de ilia energianivelo.
Kio estas Energianivelo?
Energianivelo estas ĉefa skalo aŭ orbito, kiu enhavas unu aŭ pliajn subskalojn aŭ orbitalojn. La energianivelo de orbitalo determiniĝas per ĝia distanco de la nukleuso: ju pli proksima ĝi estas, des malpli ĝia energio; ju pli for ĝi estas, des pli alta ĝia energio.
La energianivelej estas numeritaj de 1 ĝis 7, komencante de la plej proksima al la nukleuso. La unua energianivelo povas enteni ĝis 2 elektronojn, la dua ĝis 8, la tria ĝis 18, kaj tiel plu. La formulo por kalkuli la maksimuman nombron de elektronoj en energianivelo estas 2n^2, kie n estas la nombro de la energianivelo.
Kio estas Subskalo?
Subskalo estas subdivido de energianivelo, kiu enhavas unu aŭ pliajn orbitalojn kun sama formo kaj energio. La subskaloj estas nomitaj per literoj: s, p, d, f, g, ktp., respondantaj al orbitalaj kvantaj numeroj 0, 1, 2, 3, 4, ktp. La nombro de subskaloj en energianivelo egalas al la nombro de la energianivelo: ekzemple, la unua energianivelo havas unu subskalon (s), la dua havas du (s kaj p), la tria havas tri (s, p, kaj d), kaj tiel plu.
La maksimuma nombro de elektronoj, kiuj povas enteni en subskalo, doniĝas per la formulo 2(2l + 1), kie l estas la orbitala kvanta nombro. Ekzemple, la s subskalo povas enteni ĝis 2 elektronojn, la p subskalo ĝis 6, la d subskalo ĝis 10, kaj la f subskalo ĝis 14.
Kio estas Orbitalo?
Orbitalo estas regiono de spaco en subskalo, kie elektrono povas troviĝi kun certa probablo. La formo kaj grandeco de orbitalo dependas de ĝia energianivelo kaj subskalo: ekzemple, s orbitaloj estas sferaj, p orbitaloj estas dumbel-formaj, d orbitaloj estas klaver-formaj aŭ kompleks-formaj, kaj f orbitaloj estas ankoraŭ pli kompleksaj.
Ĉiu orbitalo povas enteni ĝis 2 elektronojn kun kontraŭaj spinadoj: unu turniĝanta horloĝnadlan kaj unu kontraŭhorloĝnadlan. La spinado estas alia eco de elektronoj, kiu afektas ilian magnetan konduton.
Kiel Skribi la Elektran Konfiguron de Atomo?
La elektra konfiguro de atomo skribiĝas listigante ĉiujn okupitajn subskalojn kun ilia nombro de elektronoj en supermanuskripto. Ekzemple, la elektra konfiguro de hidrogo (H) kun unu elektrono estas 1s^1; la elektra konfiguro de heliumo (He) kun du elektronoj estas 1s^2; la elektra konfiguro de litio (Li) kun tri elektronoj estas 1s^2 2s^1; kaj tiel plu.
La ordo, en kiu la subskaloj plenigas, sekvas regulon nomitan la Aufbau-principo aŭ konstru-principo: elektronoj okupas la plej malaltenergiaj orbitalojn disponeblajn unue antaŭ moviĝi al pli altenergiakaj.
Kiel Apliki la Aufbau-Principon?
Por skribi la elektran konfiguron de atomo uzante la Aufbau-principon, ni devas sekvi tiujn paŝojn:
Komenci kun la plej malalta-energia orbitalo, kiu estas la 1s orbitalo, kaj plenigi ĝin kun ĝis du elektronoj.
Movigi al la sekva plej malalta-energia orbitalo, kiu estas la 2s orbitalo, kaj plenigi ĝin kun ĝis du elektronoj.
Movigi al la sekva plej malalta-energia orbitalo, kiu estas la 2p orbitalo, kaj plenigi ĝin kun ĝis ses elektronoj.
Daŭrigi tiun procezon ĝis ĉiuj elektronoj de la atomo estas asignitaj al orbitaloj.
Por simpligi la skribadon de elektraj konfiguroj, ni povas uzi mallongan notacion, kiu uzas la simbolon de la antaŭa noblegaso en krampoj por reprezenti la internajn elektronojn, kiuj estas en stabila konfiguro. Ekzemple, anstataŭ skribi 1s^2 2s^2 2p^6 por neon (Ne), ni povas skribi [He] 2s^2 2p^6, kie [He] reprezentas la konfiguron de helium (He).
Ni ankaŭ povas uzi diagramon nomitan orbitala diagramo aŭ elektra konfigura diagramo por montri la distribuon de elektronoj en orbitaloj uzante sagetojn aŭ rondojn. La sagetoj reprezentas la spinadon de la elektronoj, kaj ili devas esti parigitaj kun kontraŭaj spinadoj en ĉiu orbitalo. La rondoj reprezentas la elektronojn sen montri ilian spinadon.
Kioj estas la Eksceptoj al la Aufbau-Principo?
La Aufbau-principo funkcias bone por plejmulto da elementoj, sed ekzistas iuj eksceptoj, kie elektronoj ne plenigas orbitalojn laŭ iliaj energianivelej. Tiuj eksceptoj okazas, ĉar iuj atomoj estas pli stabila, kiam ili havas duonplenajn aŭ plenajn subskalojn, speciala en la d kaj f blokoj.
Ekzemple, kromio (Cr) havas atomnombron 24, kio signifas, ke ĝi havas 24 elektronojn. Laŭ la Aufbau-principo, ĝia elektra konfiguro devus esti [Ar] 4s^2 3d^4, kie [Ar] reprezentas la konfiguron de argono (Ar). Tamen, ĉi tiu konfiguro ne estas tre stabila, ĉar la 3d subskalo estas nur partoplena kun kvar elektronoj. Pli stabila konfiguro estas [Ar] 4s^1 3d^5, kie ambaŭ la 4s kaj 3d subskaloj estas duonplenaj kun unu kaj kvin elektronoj respektive.
Alia ekzemplo estas kupro (Cu), kiu havas atomnombron 29 kaj 29 elektronojn. Laŭ la Aufbau-principo, ĝia elektra konfiguro devus esti [Ar] 4s^2 3d^9, kie [Ar] reprezentas la konfiguron de argono (Ar). Tamen, ĉi tiu konfiguro ne estas tre stabila, ĉar la 3d subskalo estas nur partoplena kun naŭ elektronoj. Pli stabila konfiguro estas [Ar] 4s^1 3d^10, kie ambaŭ la 4s kaj 3d subskaloj estas plenaj kun unu kaj dek elektronoj respektive.
Estas aliaj eksceptoj al la Aufbau-principo en la transmetaloj (d bloko) kaj lanthanidoj kaj aktinidoj (f bloko). Por identigi tiujn eksceptojn, ni devas rigardi iliajn observitajn elektrajn konfigurojn kaj kompari ilin kun iliaj prediktaj bazitaj sur iliaj energianivelej.
Kial la Elektra Konfiguro de Atomo Estas Grava?
