Что такое спектральная нотация?



спектральная запись илиэлектронная конфигурация - это расположение электронов на энергетических уровнях вокруг ядра атома.

С точки зрения более тонкой квантово-механической модели, слои K-Q подразделяются на набор орбиталей, каждая из которых может быть занята не более чем одной парой электронов (Encyclopædia Britannica, 2011).

Обычно электронная конфигурация используется для описания орбиталей атома в его основном состоянии, но она также может быть использована для представления атома, который был ионизирован в катионе или анионе, компенсируя потерю или усиление электронов на их соответствующих орбиталях..

Многие из физических и химических свойств элементов могут быть соотнесены с их уникальными электронными конфигурациями..

Валентные электроны, электроны в самом внешнем слое, являются определяющим фактором для уникальной химии элемента (Конфигурации электронов и свойства атомов, S.F.).

Когда электроны в самом внешнем слое атома получают какую-то энергию, они переходят в слои с более высокой энергией. Таким образом, электрон в слое K будет переноситься в слой L, находясь в состоянии более высокой энергии.

Когда электрон возвращается в свое основное состояние, он высвобождает энергию, которую он поглощал, испуская электромагнитный спектр (свет). Поскольку каждый атом имеет определенную электронную конфигурацию, он также будет иметь определенный спектр, который будет называться спектром поглощения (или эмиссии)..

По этой причине термин спектральная запись используется для обозначения электронной конфигурации (Spectroscopic Notation, S.F.).

Как определить спектральные обозначения: квантовые числа

Всего четыре квантовых числа используются для полного описания движения и траекторий каждого электрона в атоме.

Комбинация всех квантовых чисел всех электронов в атоме описывается волновой функцией, которая соответствует уравнению Шредингера. Каждый электрон в атоме имеет уникальный набор квантовых чисел.

Согласно принципу исключения Паули, два электрона не могут совместно использовать одну и ту же комбинацию четырех квантовых чисел.

Квантовые числа важны, потому что они могут использоваться, чтобы определить электронную конфигурацию атома и вероятное местоположение электронов атома.

Квантовые числа также используются для определения других характеристик атомов, таких как энергия ионизации и атомный радиус..

Квантовые числа обозначают конкретные оболочки, подслои, орбитали и завихрения электронов..

Это означает, что они полностью описывают характеристики электрона в атоме, то есть они описывают каждое уникальное решение уравнения Шредингера или волновую функцию электронов в атоме..

Всего существует четыре квантовых числа: основное квантовое число (n), квантовое число орбитального момента (l), магнитное квантовое число (мл) и квантовое число спина электрона (мс).

Основное квантовое число nn описывает энергию электрона и наиболее вероятное расстояние электрона от ядра. Другими словами, это относится к размеру орбиты и энергетическому уровню, на котором размещен электрон.

Количество подслоев, или ll, описывает форму орбиты. Он также может быть использован для определения количества угловых узлов.

Магнитное квантовое число, ml, описывает энергетические уровни в подслое, а ms относится к спину на электроне, который может быть вверх или вниз (Анастасия Каменко, 2017).

Принцип Ауфбау

Aufbau происходит от немецкого слова «Aufbauen», что означает «строить». По сути, при написании электронных конфигураций мы строим электронные орбитали при переходе от одного атома к другому.

Когда мы напишем электронную конфигурацию атома, мы будем заполнять орбитали в порядке возрастания атомного номера.

Принцип Ауфбау исходит из принципа исключения Паули, который гласит, что в атоме нет двух фермионов (например, электронов).

Они могут иметь одинаковый набор квантовых чисел, поэтому им приходится «складываться» на более высоких энергетических уровнях. Как электроны накапливаются, является предметом электронных конфигураций (Принцип Ауфбау, 2015).

У стабильных атомов столько же электронов, сколько у протонов в ядре. Электроны собираются вокруг ядра на квантовых орбиталях, следуя четырем основным правилам, называемым принципом Ауфбау..

  1. В атоме нет двух электронов с одинаковыми четырьмя квантовыми числами n, l, m и s..
  2. Сначала электроны займут орбитали самого низкого энергетического уровня..
  3. Электроны всегда будут заполнять орбитали одним и тем же числом спинов. Когда орбитали заполнятся, начнется.
  4. Электроны будут заполнять орбитали суммой квантовых чисел n и l. Орбитали с равными значениями (n + l) будут заполнены первыми значениями n ниже.

Второе и четвертое правила в основном одинаковы. Примером правила 4 будут орбитали 2p и 3s.

2p-орбита равна n = 2 и l = 2, а 3s-орбита равна n = 3 и l = 1. (N + l) = 4 в обоих случаях, но 2p-орбита имеет наименьшую энергию или наименьшее значение n и будет заполнена до того, как Слой 3s.

К счастью, диаграмма Меллера, показанная на рисунке 2, может быть использована для заполнения электронов. График читается путем выполнения диагоналей от 1 с.

На рисунке 2 показаны атомные орбитали, а стрелки следуют по пути следования.

Теперь, когда известно, что порядок орбиталей полон, остается только запомнить размер каждой орбиты..

S орбитали имеют 1 возможное значение mL содержать 2 электрона

P орбитали имеют 3 возможных значения mL содержать 6 электронов

D орбитали имеют 5 возможных значений mL содержать 10 электронов

F орбитали имеют 7 возможных значений mL содержать 14 электронов

Это все, что нужно для определения электронной конфигурации стабильного атома элемента.

Например, возьмите элемент азота. Азот имеет семь протонов и, следовательно, семь электронов. Первая орбита, которую нужно заполнить - это орбита 1 с. Орбиталь имеет два электрона, поэтому осталось пять электронов.

Следующая орбита является орбитой 2s и содержит следующие две. Три последних электрона перейдут на 2p-орбиту, которая может содержать до шести электронов (Helmenstine, 2017).

Правила Хунда

В разделе Aufbau обсуждалось, как электроны сначала заполняют орбитали с более низкой энергией, а затем перемещаются на орбитали с более высокой энергией только после того, как орбитали с более низкой энергией заполнены.

Однако есть проблема с этим правилом. Конечно, орбитали 1s должны быть заполнены до орбиталей 2s, потому что орбитали 1s имеют меньшее значение n и, следовательно, более низкую энергию.

И три разные 2p орбитали? В каком порядке они должны быть заполнены? Ответ на этот вопрос связан с правилом Хунда.

Правило Хунда гласит:

- Каждая орбита на подуровне занята индивидуально, прежде чем какая-либо орбита будет занята вдвойне.

- Все электроны на индивидуально занятых орбиталях имеют одинаковый спин (чтобы максимизировать общий спин).

Когда электроны присваиваются орбитали, электрон сначала стремится заполнить все орбитали одинаковой энергией (также называемой вырожденными орбиталями), прежде чем спариться с другим электроном на полузаполненной орбите.

Атомы в основных состояниях имеют тенденцию иметь как можно больше неспаренных электронов. При визуализации этого процесса, подумайте, как электроны проявляют то же поведение, что и те же полюса в магните, если они вступили в контакт.

Когда отрицательно заряженные электроны заполняют орбитали, они сначала пытаются отойти как можно дальше друг от друга, прежде чем они должны спариться (Правила Хунда, 2015).

ссылки

  1. Анастасия Каменко, Т. Э. (2017, 24 марта). Квантовые числа. Получено с сайта chem.libretexts.org.
  2. Принцип Ауфбау. (2015, 3 июня). Получено с сайта chem.libretexts.org.
  3. Электронные конфигурации и свойства атомов. (S.F.). Получено от oneonta.edu.
  4. Энциклопедия Британника. (2011 г., 7 сентября). Электронная конфигурация. Восстановлено с britannica.com.
  5. Helmenstine, T. (2017, 7 марта). Принцип Ауфбау - электронная структура и принцип Ауфбау. Получено с мысли.
  6. Правила Хунда. (2015, 18 июля). Получено с сайта chem.libretexts.org.
  7. Спектроскопическая запись. (S.F.). Получено с bcs.whfreeman.com.