Jinsi ya Kuelewa Mfumo wa Umbo wa Atomi
Mfumo wa elektron wa atomu ni njia ya kuandika jinsi elektron zake zimekunywa katika viwango tofauti na nyuzi mbalimbali yenye nishati ya tofauti yachomo kwenye msingi. Mfumo wa elektron wa atomu huamua vifaaingilio kadhaa vyake vya kimataifa na kiuchemisti, kama vile jinsi inavyorekebisha na atomu mengine, jinsi inavyokubalika nishati, na jinsi inavyotumaini katika chambani ya umbo.
Nini ni Elektron?
Elektron ni chombo cha kimataifa lenye ushawishi wenye hasira chungu kinachomzunguka msingi wa atomu. Msingi unajumuisha protoni zenye hasira ya juu na neutroni zenye hasira isiyopewa. Idadi ya protoni kwenye msingi hutaja namba ya asili ya kitu, na idadi ya elektron katika atomu isiyopewa hasira ni sawa na idadi ya protoni.
Elektron hupewa uzito mdogo sana kulingana na protoni na neutroni, na wanakimbia kwa kasi sana katika viwango vyao. Viwango hayo havina njia za duara bali ni maeneo ya nchi ambayo elektron yanaweza kupatikana kwa uwezo mkubwa. Maeneo haya yanatafsiriwa kama viwango au nyuzi ndogo, na yanayo na aina na ukubwa tofauti kulingana na viwango vya nishati yao.
Nini ni Viwango vya Nishati?
Viwango vya nishati ni viwango vya muhimu au viwango vya duara vilivyovuliwa na nyuzi au viwango ndogo. Nishati ya viwango ndogo hutathminiwa kulingana na umbali wake kutoka kwenye msingi: ikiwa ni karibu, nishati yake ni chini; ikiwa ni mbali, nishati yake ni juu.
Viwango vya nishati vinanumberiwa kutoka 1 hadi 7, kuanzia viwango vya karibu sana kwenye msingi. Viwango vya namba moja yanaweza kukubalika hadi 2 elektron, viwango vya namba mbili yanaweza kukubalika hadi 8, viwango vya namba tatu yanaweza kukubalika hadi 18, na kadhalika. Fomu ya kutathmini idadi ya elektron imara katika viwango vya nishati ni 2n^2, ambapo n ni namba ya viwango vya nishati.
Nini ni Nyuzi Ndogo?
Nyuzi ndogo ni upande wa viwango vya nishati vilivyovuliwa na viwango vya aina tofauti na nishati isiyofanya tabaka. Nyuzi ndogo zinatafsiriwa kwa herufi: s, p, d, f, g, na kadhalika, kulingana na nambari za quantum za viwango vya 0, 1, 2, 3, 4, na kadhalika. Idadi ya nyuzi ndogo katika viwango vya nishati ni sawa na namba ya viwango vya nishati: kwa mfano, viwango vya namba moja yanayo na nyuzi moja (s), viwango vya namba mbili yanayo na nyuzi mbili (s na p), viwango vya namba tatu yanayo na nyuzi tatu (s, p, na d), na kadhalika.
Idadi ya elektron imara ambayo inaweza kukubalika katika nyuzi ndogo inatumika kwa kutumia fomu ya 2(2l + 1), ambapo l ni nambari ya quantum ya viwango. Kwa mfano, nyuzi ndogo ya s inaweza kukubalika hadi 2 elektron, nyuzi ndogo ya p inaweza kukubalika hadi 6, nyuzi ndogo ya d inaweza kukubalika hadi 10, na nyuzi ndogo ya f inaweza kukubalika hadi 14.
Nini ni Viwango?
Viwango ni eneo la nchi katika nyuzi ndogo ambako elektron anaweza kupatikana kwa uwezo mkubwa. Aina na ukubwa wa viwango hutathminiwa kulingana na viwango vya nishati na nyuzi ndogo: kwa mfano, viwango vya s ni magoli, viwango vya p ni miundombolo, viwango vya d ni mitumbo au aina ngumu, na viwango vya f ni zaidi ya ngumu.
Kila viwango kunaweza kukubalika hadi 2 elektron wenye spin tofauti: moja inayozunguka kwa kasi na moja inayozunguka kinyume. Spin ni ufundi mwingine wa elektron ambao unaathiri tabaka yake ya umbo.
Jinsi ya Kuandika Mfumo wa Elektron wa Atomu?
Mfumo wa elektron wa atomu unandikanwa kwa kutaja nyuzi zote zinazokuwa na elektron zao zinazokuwa na namba ya elektron zinazokuwa na superscript. Kwa mfano, mfumo wa elektron wa hydrogen (H) unenye elektron ni 1s^1; mfumo wa elektron wa helium (He) unenye elektron ni 1s^2; mfumo wa elektron wa lithium (Li) unenye elektron ni 1s^2 2s^1; na kadhalika.
Mstari wa kutaja nyuzi zinazokuwa na elektron hutii kwa kanuni inayoitwa Aufbau principle au building-up principle: elektron hujitenga katika viwango vya chini kwanza kabla ya kwenda kwenye viwango vya juu.
Jinsi ya Kutumia Kanuni ya Aufbau?
Kutoka kwa kutandika mfumo wa elektron wa atomu kutumia kanuni ya Aufbau, tunahitaji kutumia hatua hizi:
Anza na viwango vya chini kwa nishati, ambayo ni viwango vya 1s, na ukubalika hadi 2 elektron.
Tembelea kwenye viwango vingine vya chini kwa nishati, ambayo ni viwango vya 2s, na ukubalika hadi 2 elektron.
Tembelea kwenye viwango vingine vya chini kwa nishati, ambayo ni viwango vya 2p, na ukubalika hadi 6 elektron.
Endelea na hii hatua hadi tuweze kusimamia idadi ya elektron za atomu.
Kusaidia kutandika mfumo wa elektron, tunaweza kutumia alama ya gasi ya kabla ili kutafsiri elektro za ndani ambazo ziko katika mfumo wa thabiti. Kwa mfano, badala ya kutandika 1s^2 2s^2 2p^6 kwa neon (Ne), tunaweza kutandika [He] 2s^2 2p^6, ambapo [He] inatafsiri mfumo wa helium (He).
Tunaweza pia kutumia diagramu inayoitwa orbital diagram au electron configuration diagram ili kutaja utafiti wa elektron katika viwango kwa kutumia arrows au circles. Arrows hutoa spin wa elektron, na lazima zijulikane kwa spin tofauti katika kila viwango. Circles hutoa elektron bila kutunjuliza spin yao.
Nini ni Matukio ya Kanuni ya Aufbau?
Kanuni ya Aufbau hufanya kazi vizuri kwa wengi wa vitu, lakini kuna matukio fulani ambapo elektron hazikuwa kubalika katika viwango kulingana na viwango vya nishati yao. Matukio haya hutokea kwa sababu baadhi ya atomu zinakuwa zinazopendelea wakati wanayo nyuzi ndogo zinazokuwa na namba ya nusu au kamili, hasa katika d na f blocks.
Kwa mfano, chromium (Cr) una namba ya asili ya 24, ambayo inamaanisha kuwa ana 24 elektron. Kulingana na kanuni ya Aufbau, mfumo wa elektron wake unapaswa kuwa [Ar] 4s^2 3d^4, ambapo [Ar] inatafsiri mfumo wa argon (Ar). Lakini, mfumo huu haupendekezi kwa sababu nyuzi ndogo ya 3d ina elektron nne tu. Mfumo mzuri zaidi ni [Ar] 4s^1 3d^5, ambapo nyuzi ndogo ya 4s na 3d zinakuwa na elektron moja na tano tu.
Mfano mwingine ni copper (Cu), ambao una namba ya asili ya 29 na 29 elektron. Kulingana na kanuni ya Aufbau, mfumo wa elektron wake unapaswa kuwa [Ar] 4s^2 3d^9, ambapo [Ar] inatafsiri mfumo wa argon (Ar). Lakini, mfumo huu haupendekezi kwa sababu nyuzi ndogo ya 3d ina elektron tisa tu. Mfumo mzuri zaidi ni [Ar] 4s^1 3d^10, ambapo nyuzi ndogo ya 4s na 3d zinakuwa na elektron moja na tisa tu.
Kuna matukio mengine ya kanuni ya Aufbau katika d na f blocks. Kuhudhuria matukio haya, tunahitaji kutazama mfumo wa elektron wenyewe na kutumia vipimo vya viwango vya nishati yao.
