Hvernig á að skilja orðakerfi atóma
Atómstæða lýsir hvernig átominu elektrón eru raðað í mismunandi orkuhöfnir og undirhöfnir um kjarnann. Atómstæða átakins ákvarðar mörg af eiginleikum hans, eins og hvernig hann reynir við önnur átóm, hvernig hann leiðir rafmagn og hvernig hann fer í magnstaðall.
Hvað er elektrón?
Elektrón er neikvæmt aflað undiratóm sem fer í burtu um kjarnann á atóma. Kjarninn samanstendur af jákvæmt aflaðum prótonum og óaflaðum neutrónum. Fjöldi prótona í kjarnanum skilgreinir stökatal stofnfræðiefnisins, og fjöldi elektróna í óaflaða atóma er jafnstöðugur fjölda prótona.
Elektrón hafa mjög litla massa samanborið við próton og neutrón, og þau færast mjög hratt í ferðalag sín. Ferðalagin eru ekki hringlaga, heldur svæði í rúmi þar sem elektrónin eru mest líkleg að finna sig. Þessi svæði kallað eru orkuhöfnir eða undirhöfnir, og þau hafa mismunandi lögun og stærð eftir orkuhöfnina sína.
Hvað er orkuhöfn?
Orkuhöfn er aðal höfn eða ferðalag sem inniheldur einn eða fleiri undirhöfnir eða orkuhöfnir. Orkuhöfn orkuhöfnirnar er ákveðin af fjarlægð sinni frá kjarnanum: ju nærum þeir eru, því lægra er orku þeirra; ju lengra þeir eru, því hærri er orku þeirra.
Orkuhöfnir eru tölur frá 1 upp í 7, byrjandi á næstu til kjarnans. Fyrsta orkuhöfnin getur haldið upp í 2 elektrón, annar upp í 8, þriðja upp í 18, og svo framvegis. Formúlan fyrir útreikning á hámarksfjölda elektróna í orkuhöfn er 2n^2, þar sem n er töluorkuhöfnarinnar.
Hvað er undirhöfn?
Undirhöfn er undirskipting orkuhöfns sem inniheldur einn eða fleiri orkuhöfnir með sama lögun og orku. Undirhöfnir eru nefndar með bókstöfum: s, p, d, f, g, o.s.frv., sem samsvara kvanttalum 0, 1, 2, 3, 4, o.s.frv. Fjöldi undirhöfnir í orkuhöfn er jafnstöðugur töluorkuhöfnarinnar: til dæmis, fyrsta orkuhöfnin hefur einn undirhöfn (s), önnur hefur tvær (s og p), þriðja hefur þrjár (s, p og d), og svo framvegis.
Hámarksfjöldi elektróna sem getur búið í undirhöfn er gefinn formúlunni 2(2l + 1), þar sem l er orbital kvantatal. Til dæmis, s undirhöfn getur haldið upp í 2 elektrón, p undirhöfn upp í 6, d undirhöfn upp í 10, og f undirhöfn upp í 14.
Hvað er orkuhöfn?
Orkuhöfn er svæði í undirhöfn þar sem elektrón getur verið fundið með ákveðnu líkamál. Lögun og stærð orkuhöfnarinnar fer eftir orkuhöfn og undirhöfn: til dæmis, s orkuhöfnir eru kúlulagaðar, p orkuhöfnir eru dumbbell-lagaðar, d orkuhöfnir eru klóver-lagaðar eða flóknari, og f orkuhöfnir eru enn flóknari.
Hver orkuhöfn getur haldið upp í 2 elektrón með mótsögnandi snúnings: annað snýst sunnan og annað norðan. Snúningur er annar eiginleiki elektróna sem hefur áhrif á magnsnertingarheiti þeirra.
Hvernig skal skrifa atómstæðu átakins?
Atómstæða átakins er skrifuð með því að lista allar innbyggðar undirhöfnir með fjölda elektróna í yfirrit. Til dæmis, atómstæða vands (H) með einu elektróni er 1s^1; atómstæða heliums (He) með tveimur elektrónum er 1s^2; atómstæða lithiums (Li) með þremur elektrónum er 1s^2 2s^1; og svo framvegis.
Röðin sem undirhöfnirnar eru fulluð fylgir reglu sem kallast Aufbau-reglan eða byggingarreglan: elektrón taka yfir lægstu orkuhöfnir sem eru tiltæk fyrst áður en þau fara yfir í hærri orkuhöfnir.
Hvernig skal nota Aufbau-regluna?
Til að skrifa atómstæðu átakins með Aufbau-reglunni þurfum við að fylgja þessum skrefum:
Byrjaðu með lægstu orkuhöfn, sem er 1s orkuhöfn, og fulltuðu hana með upp í tveimur elektrónum.
Fara yfir í næstu lægstu orkuhöfn, sem er 2s orkuhöfn, og fulltuðu hana með upp í tveimur elektrónum.
Fara yfir í næstu lægstu orkuhöfn, sem er 2p orkuhöfn, og fulltuðu hana með upp í sex elektrónum.
Halda áfram þessa ferli þar til allir elektrónar átakins hafa verið skipt í orkuhöfnir.
Til að einfalda skrifun á atómstæðu má nota stuttmerki sem notar tákn fyrri eddileiftsins í sviga til að tákna innbyggða elektrón sem eru í öruggu stöðu. Til dæmis, í stað þess að skrifa 1s^2 2s^2 2p^6 fyrir neon (Ne), má skrifa [He] 2s^2 2p^6, þar sem [He] tákna stöðu heliums (He).
Við getum líka notað mynd sem kallast orkuhöfnarmynd eða elektrónastæðamynd til að sýna dreifingu elektróna í orkuhöfn með örvar eða hringi. Örvar tákna snúning elektróna, og þeir verða parð með mótsögnandi snúning í hverju orkuhöfn. Hringir tákna elektrón án þess að sýna snúninginn.
Hvað eru undantekningar við Aufbau-regluna?
Aufbau-reglan virkar vel fyrir marga efni, en það eru nokkur undantekningar þar sem elektrón fylla ekki orkuhöfnir eftir orkuhöfnirnar. Þessar undantekningar koma fyrir vegna þess að sumir átakir eru öruggari þegar þeir hafa half-fullar eða fullar undirhöfn, sérstaklega í d og f blokkum.
Til dæmis, chromium (Cr) hefur staktal 24, sem merkir að það sé 24 elektrón. Eftir Aufbau-regluna ætti atómstæða hans að vera [Ar] 4s^2 3d^4, þar sem [Ar] tákna stöðu argons (Ar). En þetta stöðu er ekki mjög örugg þar sem 3d undirhöfn er bara hlutfull með fjórum elektrónum. Mjög öruggari stöðu er [Ar] 4s^1 3d^5, þar sem bæði 4s og 3d undirhöfnir eru half-fullar með einu og fimm elektrónum, ársælis.
Annað dæmi er copper (Cu), sem hefur staktal 29 og 29 elektrón. Eftir Aufbau-regluna ætti atómstæða hans að vera [Ar] 4s^2 3d^9, þar sem [Ar] tákna stöðu argons (Ar). En þetta stöðu er ekki mjög örugg þar sem 3d undirhöfn er bara hlutfull með nauðsynlegum elektrónum. Mjög öruggari stöðu er [Ar] 4s^1 3d^10, þar sem bæði 4s og 3d undirhöfnir eru fullar með einu og tíu elektrónum, ársælis.
Það eru aðrar undantekningar við Aufbau-regluna í brottfallsmetalli (d blokk) og lanthanidum og actinidum (f blokk). Til að greina þessar undantekningar þurfum við að skoða átakinn sem verið hefur séð og samanburða það við átök sem væru forspurnarlegir eftir orkuhöfnirnar.
