Атомдың электрондық конфигурациясын түсіну әдістері
Атомдың электрондық конфигурациясы - бұл атомның электрондарының ядроның айналуындағы аралық энергия деңгейлері мен асты деңгейлеріне қарай қалыптасқан түрде сипаттау әдісі. Атомдың электрондық конфигурациясы оның көптеген физикалық және химиялық қасиеттерін анықтайды, мисалы, оның басқа атомдармен қалай әрекет етеді, электр қалай өткізеді, және магниттық алаңда қалай әрекет етеді.
Электрон деген не?
Электрон - бұл теріс тармалы құрылым элементі, ол атомдың ядросының айналуында орналасқан. Ядро позитив тармалы протондар және тармалсыз нейтрондардан тұрады. Ядродағы протондар саны элементтің атомдық номерін анықтайды, ал нейтраль атомдағы электрондар саны протондар санына тең.
Электрондар протондар мен нейтрондарға қарағанда өте аз массага ие және олар өте жылдам айналады. Орбиталар дөңгелекті жолдар емес, электрондардың ең ықтимал табылатын аймақтары. Бұл аймақтар орбиталар немесе асты деңгейлер деп аталады, олардың форма және өлшемдері энергия деңгейіне байланысты болады.
Энергия деңгейі деген не?
Энергия деңгейі - бұл бір немесе бірнеше асты деңгейлер немесе орбиталарды қамтитын негізгі шелектер немесе орбита. Орбита энергия деңгейі оның ядродан қанша қашықтықта орналасқанына байланысты анықталады: ол қысқа қашықтықта болса, энергиясы төмен; ұзын қашықтықта болса, энергиясы жоғары.
Энергия деңгейлері 1-ден 7-ге дейін нөмірленеді, ядродан ең жақын өте қарай. Бірінші энергия деңгейі 2 электронтан аспап, екінші 8-ден, үшінші 18-ден, және солай аралық. Энергия деңгейіндегі максималды электрондар санын есептеу формуласы 2n^2, мұнда n - энергия деңгейінің нөмірі.
Асты деңгей деген не?
Асты деңгей - бұл бір немесе бірнеше орбиталарды қамтиды, олардың форма және энергиясы бірдей. Асты деңгейлер әріптермен аталады: s, p, d, f, g және т.б., олар орбиталық кванттық сандарға сәйкес 0, 1, 2, 3, 4 және т.б. Энергия деңгейіндегі асты деңгейлер саны энергия деңгейінің нөміріне тең: мысалы, бірінші энергия деңгейінде бір асты деңгей (s), екіншіде екеу (s және p), үшіншіде үшеу (s, p, d) және т.б.
Асты деңгейде болуға болатын максималды электрондар саны 2(2l + 1) формуласы арқылы анықталады, мұнда l - орбиталық кванттық сан. Мысалы, s асты деңгейі 2 электронтан аспап, p асты деңгейі 6-ден, d асты деңгейі 10-ден, f асты деңгейі 14-тен.
Орбита деген не?
Орбита - бұл асты деңгейде электрондың белгілі бір ықтималдықпен табылатын аймақ. Орбитаның форма және өлшемдері оның энергия деңгейі мен асты деңгейіне байланысты: мысалы, s орбиталары сфералық, p орбиталары қырпық формада, d орбиталары клевер формасында немесе татаң формада, f орбиталары да әлі татаң формада.
Әр орбита 2 электронтан аспап, олардың спиндери қарама-қарсы: біреуі сағат тілімен, біреуі сағат тіліне қарама-қарсы. Спин - бұл электрондардың магниттық әрекетін әсер етуіне қатысты басқа қасиеті.
Атомдың электрондық конфигурациясын қалай жазуға болады?
Атомдың электрондық конфигурациясы барлық жалғастырылған асты деңгейлерді олардың электрондар санымен жазылған. Мысалы, гидрогендің (H) бір электроны бар, оның электрондық конфигурациясы 1s^1; гелиумдың (He) екі электроны бар, оның электрондық конфигурациясы 1s^2; литийдің (Li) үш электроны бар, оның электрондық конфигурациясы 1s^2 2s^1 және т.б.
Асты деңгейлерді толтыру ретінде Ауфбау принципі немесе көбейту принципі деп аталатын ереже бойынша электрондар ең төмен энергиялық орбиталарға алғаш рет орналастырылады, содан кейін жоғары энергиялық орбиталарға жылжылады.
Ауфбау принципін қалай қолдануға болады?
Ауфбау принципі бойынша атомдың электрондық конфигурациясын жазу үшін біз мынадай қадамдарды қолдануымыз керек:
Ең төмен энергиялық орбита, бұл 1s орбита, оның ішіне 2 электронды толтыру.
Келесі ең төмен энергиялық орбита, бұл 2s орбита, оның ішіне 2 электронды толтыру.
Келесі ең төмен энергиялық орбита, бұл 2p орбита, оның ішіне 6 электронтан толтыру.
Бұл процессін атомдың барлық электрондары орбиталарға толтырылғанша ұзақтыру.
Электрондық конфигурацияларды жазу үшін біз [Хе] символын қолдану арқылы ішкі электрондарды стабиль конфигурацияда қалыптастыруға болады. Мысалы, неон (Ne) үшін 1s^2 2s^2 2p^6 жазу қажет болмаса, [Хе] 2s^2 2p^6 деп жазуға болады, мұнда [Хе] - гелиум (He) конфигурациясын білдіреді.
Біз орбиталардағы электрондардың таралуын көрсету үшін орбиталық диаграмманы немесе электрондық конфигурация диаграмманы қолдануға болады. Орбиталық диаграммада стрелкалар немесе шеңберлер арқылы электрондарды көрсету ғана болады. Стрелкалар электрондардың спинді білдіреді, олар әр орбитада қарама-қарсы спинді қабылдайды. Шеңберлер электрондарды спинді көрсетпей қалады.
Ауфбау принципіне қандай исключения бар?
Ауфбау принципі көптеген элементтер үшін жақсы құрылған, бірақ бірнеше исключения бар, оларда электрондар энергия деңгейлері бойынша орбиталарға толтырылмайды. Бұл исключения бірнеше атомдардың қатарлы немесе толық толтырылған асты деңгейлері бар болғанда стабилді болатынынан болады, әсіресе d және f блоктарында.
Мысалы, хром (Cr) атомдарының саны 24, олардың 24 электроны бар. Ауфбау принципі бойынша оның электрондық конфигурациясы [Ar] 4s^2 3d^4 болуы керек, мұнда [Ar] - аргон (Ar) конфигурациясын білдіреді. Бірақ бұл конфигурация өте стабилді емес, себебі 3d асты деңгейі тек 4 электронмен толтырылған. Дәлірек конфигурация [Ar] 4s^1 3d^5, мұнда 4s және 3d асты деңгейлері әрқайсысы 1 және 5 электронмен толтырылған.
