Kako razumeti elektronsku konfiguraciju atoma
Електронска конфигурација атома је начин описивања како су његови електрони распоређени у различитим нивоима и поднивима енергије око језгра. Електронска конфигурација атома одређује многе његове физичке и хемијске особине, као што су начин на који реагује са другим атомима, како проводи струју и како се понаша у магнетном пољу.
Шта је електрон?
Електрон је негативно наелектрисана субатомска честица која кружи око језгра атома. Језгро се састоји од позитивно наелектрисаних протона и неутралних неутрона. Број протона у језгру дефинише атомски број елемента, а број електрона у неутралном атому је једнак броју протона.
Електрони имају врло мало масе у поређењу са протонима и неутронима, и крећу се врло брзо у својим орбитама. Орбите нису кружне путање, већ региони простора где су електрони највероватније да се налазе. Ови региони се називају орбитали или подоблишта, и имају различите облике и величине у зависности од својих нивоа енергије.
Шта је ниво енергије?
Ниво енергије је главна оболјшка или орбита која садржи једну или више подоблишта или орбита. Ниво енергије орбита је одређен његовом удаљеношћу од језгра: што је ближе, толико је нижег нивоа енергије; што је даље, толико је вишег нивоа енергије.
Нивои енергије су обојени од 1 до 7, почевши од најближег језгру. Први ниво енергије може да садржи до 2 електрона, други до 8, трећи до 18, и тако даље. Формула за израчунавање максималног броја електрона у нивоу енергије је 2n^2, где је n број нивоа енергије.
Шта је подоблиште?
Подоблиште је подела нивоа енергије која садржи једну или више орбита са истим обликом и енергијом. Подоблишта су именована словима: s, p, d, f, g, итд., која одговарају квантним бројевима орбита 0, 1, 2, 3, 4, итд. Број подоблишта у нивоу енергије је једнак броју нивоа енергије: на пример, први ниво има једно подоблиште (s), други има два (s и p), трећи има три (s, p и d), и тако даље.
Максималан број електрона који могу да стану у подоблишту је дат формулом 2(2l + 1), где је l квантни број орбита. На пример, s подоблиште може да садржи до 2 електрона, p подоблиште до 6, d подоблиште до 10, а f подоблиште до 14.
Шта је орбитал?
Орбитал је регион простора унутар подоблишта где се електрон може наћи са одређеном вероватноћом. Облик и величина орбитала зависе од њиховог нивоа енергије и подоблишта: на пример, s орбитали су сфериčni, p орбитали су облика гумбе, d орбитали су облика клевера или комплексни, а f орбитали су још сложенији.
Сваки орбитал може да садржи до 2 електрона са супротним спиновима: један који се враћа у смеру казаљке на сату, а други против смера казаљке на сату. Спин је још једна особина електрона која утиче на њихово магнетно понашање.
Како написати електронску конфигурацију атома?
Електронска конфигурација атома се пише наводењем свих заполнетих подоблишта са бројем електрона у надскрипт. На пример, електронска конфигурација водоника (H) са једним електроном је 1s^1; електронска конфигурација хелијума (He) са два електрона је 1s^2; електронска конфигурација литијума (Li) са три електрона је 1s^2 2s^1; и тако даље.
Редослед у коме се подоблишта попуне следи правило звано принцип Ауфбау или принцип градње: електрони заузимају најниже енергијске орбитале доступне прво пре него што пређу на више енергијске.
Како применити принцип Ауфбау?
Да бисте написали електронску конфигурацију атома користећи принцип Ауфбау, треба да следите ове кораке:
Почните са најниже енергијске орбита, која је 1s орбита, и попуњавајте је до два електрона.
Пређите на следећу најнижу енергијску орбиту, која је 2s орбита, и попуњавајте је до два електрона.
Пређите на следећу најнижу енергијску орбиту, која је 2p орбита, и попуњавајте је до шест електрона.
Наставите овај процес све док не задајете све електроне атома орбита.
Да бисте поједноставили писање електронских конфигурација, можете користити скраћени запис који користи симбол претходног благородног гаса у заградама да представи внутрене електроне који су у стабилној конфигурацији. На пример, уместо писања 1s^2 2s^2 2p^6 за neon (Ne), можемо написати [He] 2s^2 2p^6, где [He] представља конфигурацију хелијума (He).
Такође можемо користити дијаграм зван орбитални дијаграм или дијаграм електронске конфигурације да покажемо расподелу електрона у орбита користећи стрелице или кругове. Стрелице представљају спин електрона, и морају да буду пароване са супротним спиновима у сваком орбиталу. Кругови представљају електроне без приказивања њиховог спина.
Које су изузетке принципа Ауфбау?
Принцип Ауфбау ради добре за већину елемената, али постоје неки изузетци код којих електрони не попунјавају орбитале према њиховим нивоима енергије. Ови изузетци се дешавају зато што неки атоми су стабилнији када имају полупопунјена или потпуно попунјена подоблишта, нарочито у d и f блоку.
На пример, хром (Cr) има атомски број 24, што значи да има 24 електрона. Преma принципу Ауфбау, његова електронска конфигурација требало би да буде [Ar] 4s^2 3d^4, где [Ar] представља конфигурацију аргона (Ar). Међутим, ова конфигурација није веома стабилна зато што 3d подоблиште само частично попунјено четирима електрона. Стабилнија конфигурација је [Ar] 4s^1 3d^5, где су оба 4s и 3d подоблишта полупопунјена са једним и пет електрона, респективно.
Још један пример је меди (Cu), који има атомски број 29 и 29 електрона. Преma принципу Ауфбау, његова електронска конфигурација требало би да буде [Ar] 4s^2 3d^9, где [Ar] представља конфигурацију аргона (Ar). Међутим, ова конфигурација није веома стабилна зато што 3d подоблиште само частично попунјено девет електрона. Стабилнија конфигурација је [Ar] 4s^1 3d^10, где су оба 4s и 3d подоблишта потпуно попунјена са једним и десет електрона, респективно.
