Kako razumjeti elektronsku konfiguraciju atoma
Elektronska konfiguracija atoma je način opisivanja kako su njegovi elektroni raspoređeni u različitim energetskim razinama i podrazinama oko jezgra. Elektronska konfiguracija atoma određuje mnoge njegove fizičke i kemijske osobine, poput toga kako reagira s drugim atomima, kako provodi struju i kako se ponaša u magnetskom polju.
Što je elektron?
Elektron je negativno nabijena subatomska čestica koja kruži oko jezgra atoma. Jezgro se sastoji od pozitivno nabijenih protona i neutrano nabijenih neutrona. Broj protona u jezgru definira atomski broj elementa, a broj elektrona u neutralnom atomu jednak je broju protona.
Elektroni imaju vrlo malo mase u usporedbi s protonima i neutronima, i brzo se kreću u svojim orbitama. Ove orbite nisu kružne putanje, već regije prostora gdje su elektroni najvjerojatnije pronaći. Te regije zovu se orbitali ili podljusori, i imaju različite oblike i veličine ovisno o svojoj energijskoj razini.
Što je energetska razine?
Energetska razina je glavna ljuska ili orbita koja sadrži jednu ili više podljusora ili orbitala. Energetska razina orbitala određuje se njegovom udaljenošću od jezgra: što je bliže, to je niža njegova energija; što je dalje, to je viša njegova energija.
Energetske razine numerirane su od 1 do 7, počevši od one najbliže jezgru. Prva energetska razina može smjestiti do 2 elektrona, druga do 8, treća do 18, i tako dalje. Formula za izračunavanje maksimalnog broja elektrona u energetskoj razini je 2n^2, gdje je n broj energetske razine.
Što je podljusor?
Podljusor je podjela energetske razine koja sadrži jedan ili više orbitala istog oblika i energije. Podljusori označeni su slovima: s, p, d, f, g, itd., odgovarajući kvantnim brojevima orbitala 0, 1, 2, 3, 4, itd. Broj podljusora u energetskoj razini jednak je broju energetske razine: na primjer, prva energetska razina ima jedan podljusor (s), druga ima dva (s i p), treća ima tri (s, p i d), i tako dalje.
Maksimalni broj elektrona koji može smjestiti podljusor daje formula 2(2l + 1), gdje je l kvantni broj orbitala. Na primjer, s podljusor može smjestiti do 2 elektrona, p podljusor do 6, d podljusor do 10, a f podljusor do 14.
Što je orbital?
Orbital je regija prostora unutar podljusora gdje se elektron može naći s određenom vjerojatnošću. Oblik i veličina orbitala ovisi o njegovoj energetskoj razini i podljusoru: na primjer, s orbitali su sferični, p orbitali su oblika štapića, d orbitali su oblika klvera ili kompleksniji, a f orbitali su još kompleksniji.
Svaki orbital može smjestiti do 2 elektrona s suprotnim spinom: jedan koji se okreće u smjeru kazaljke na satu i jedan suprotno. Spin je još jedna osobina elektrona koja utječe na njihovo magnetsko ponašanje.
Kako napisati elektronsku konfiguraciju atoma?
Elektronska konfiguracija atoma piše se navodeći sve zauzete podljusore s brojem elektrona u superskriptu. Na primjer, elektronska konfiguracija vodika (H) s jednim elektronom je 1s^1; elektronska konfiguracija helijuma (He) s dva elektrona je 1s^2; elektronska konfiguracija litija (Li) s tri elektrona je 1s^2 2s^1; i tako dalje.
Redoslijed u kojem se podljusori puni slijedi pravilo zvanog Aufbau princip ili princip gradnje: elektroni zauzimaju orbitala s najnižom energijom dostupnim prije nego što prelaze na one s višom energijom.
Kako primijeniti Aufbau princip?
Da bismo napisali elektronsku konfiguraciju atoma koristeći Aufbau princip, moramo pratiti ove korake:
Počnite s orbitalom s najnižom energijom, koji je 1s orbital, i ispunite ga s do dva elektrona.
Prijedite na sljedeći orbital s najnižom energijom, koji je 2s orbital, i ispunite ga s do dva elektrona.
Prijedite na sljedeći orbital s najnižom energijom, koji je 2p orbital, i ispunite ga s do šest elektrona.
Nastavite ovaj postupak dok ne budu svim elektronima atoma dodijeljeni orbitali.
Za pojednostavljenje pisanja elektronskih konfiguracija, možemo koristiti skraćenu notaciju koja koristi simbol prethodnog edelgasa u zagradama da predstavi unutarnje elektrone koji su u stabilnoj konfiguraciji. Na primjer, umjesto pisanja 1s^2 2s^2 2p^6 za neon (Ne), možemo napisati [He] 2s^2 2p^6, gdje [He] predstavlja konfiguraciju helijuma (He).
Također možemo koristiti dijagram zvan orbitalni dijagram ili dijagram elektronske konfiguracije da pokazemo distribuciju elektrona u orbitalima koristeći strelice ili krugove. Strelice predstavljaju spin elektrona, a moraju biti uparene s suprotnim spinom u svakom orbitalu. Krugovi predstavljaju elektrone bez prikaza njihovog spina.
Koji su izuzeci na Aufbau princip?
Aufbau princip dobro funkcionira za većinu elemenata, ali postoje neki izuzeci gdje elektroni ne puni orbitala prema njihovim energetskim razinama. Ovi izuzeci se javljaju jer su neki atomi stabilniji kada imaju polupune ili potpuno pun podljusore, posebno u d i f blokovima.
Na primjer, krom (Cr) ima atomske broj 24, što znači da ima 24 elektrona. Prema Aufbau principu, njegova elektronska konfiguracija bi trebala biti [Ar] 4s^2 3d^4, gdje [Ar] predstavlja konfiguraciju argona (Ar). Međutim, ova konfiguracija nije vrlo stabilna jer je 3d podljusor samo djelomično pun s četiri elektrona. Stabilnija konfiguracija je [Ar] 4s^1 3d^5, gdje su oba 4s i 3d podljusora polupuni s jednim i pet elektrona, redom.
Još jedan primjer je bakar (Cu), koji ima atomske broj 29 i 29 elektrona. Prema Aufbau principu, njegova elektronska konfiguracija bi trebala biti [Ar] 4s^2 3d^9, gdje [Ar] predstavlja konfiguraciju argona (Ar). Međutim, ova konfiguracija nije vrlo stabilna jer je 3d podljusor samo djelomično pun s devet elektrona. Stabilnija konfiguracija je [Ar] 4s^1 3d^10, gdje su oba 4s i 3d podljusora potpuno puni s jednim i deset elektrona, redom.
Postoje i drugi izuzeci na Aufbau princip u prelaznim kovinama (d blok) i lanthanidima i aktinidima (f blok). Da bismo identificirali ove izuzetke, moramo pogledati njihove promatrane elektronske konfiguracije i usporediti ih s predviđenim temeljem njihovih energetskih razina.
Zašto je elektronska konfiguracija atoma važna?
Elektronska konfiguracija atoma je važna jer određuje
