Εξηγήστε τους κανόνες που καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια είναι διατεταγμένα γύρω από τους πυρήνες των ατόμων;

Οι κανόνες της διάταξης ηλεκτρονίων:

Η διάταξη των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα του ατόμου διέπεται από ένα σύνολο κανόνων που βασίζονται στην κβαντική μηχανική. Εδώ είναι μια κατανομή:

1. Κβαντικοί αριθμοί:

* Κύριος κβαντικός αριθμός (n): Περιγράφει το επίπεδο ενέργειας του ηλεκτρονίου. Η υψηλότερη «n» σημαίνει υψηλότερη ενέργεια. Μπορεί να είναι οποιοσδήποτε θετικός ακέραιος (1, 2, 3, ...), με 1 να είναι η κατάσταση εδάφους.

* γωνιακή ορμή ή αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός (L): Περιγράφει το σχήμα του τροχιακού ηλεκτρονίου. Κυμαίνεται από 0 έως N-1.

* L =0:S Orbital (σφαιρική)

* L =1:P Orbital (σχήμα αλτήρα)

* L =2:D Orbital (πιο σύνθετα σχήματα)

* L =3:F Orbital (ακόμα πιο σύνθετα σχήματα)

* Μαγνητικός κβαντικός αριθμός (ml): Περιγράφει τον προσανατολισμό του τροχιακού στο διάστημα. Μπορεί να αναλάβει τιμές από -L έως +L, συμπεριλαμβανομένου του 0. Έτσι, για L =1 (P -Orbitals), υπάρχουν ml =-1, 0, +1, δίνοντας τρία p τροχιακά προσανατολισμένα κατά μήκος των άξονων x, y και z.

* Κβαντικός αριθμός περιστροφής (MS): Περιγράφει την εγγενή γωνιακή ορμή ενός ηλεκτρονίου, το οποίο κβαντοποιείται και συχνά απεικονίζεται ως το ηλεκτρόνιο "spinning". Μπορεί να είναι είτε +1/2 είτε -1/2.

2. Αρχή Aufbau:

* Τα ηλεκτρόνια γεμίζουν τροχιακά κατά σειρά αυξανόμενων ενέργειας.

* Η σειρά πλήρωσης βασίζεται στον διαγώνιο κανόνα (μερικές φορές ονομάζεται κανόνα Madelung).

3. Αρχή αποκλεισμού Pauli:

* Όχι δύο ηλεκτρόνια σε ένα άτομο δεν μπορούν να έχουν το ίδιο σύνολο και των τεσσάρων κβαντικών αριθμών.

* Αυτό σημαίνει ότι κάθε τροχιά μπορεί να κρατήσει το πολύ δύο ηλεκτρόνια, με αντίθετες περιστροφές.

4. Ο κανόνας του Hund:

* Μέσα σε μια υποεπίπεδη (π.χ., το 2p subshell), τα ηλεκτρόνια θα καταλαμβάνουν μεμονωμένα κάθε τροχιά μέσα σε αυτό το subshell πριν από τη σύζευξη.

* Αυτό μεγιστοποιεί τον αριθμό των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων και ελαχιστοποιεί την απέχυση ηλεκτρονίων-ηλεκτρονίων.

5. Ηλεκτρονική διαμόρφωση:

Η διάταξη των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο ονομάζεται ηλεκτρονική διαμόρφωση του. Είναι γραμμένο με τη φόρμα:

(n) l^(αριθμός ηλεκτρονίων σε αυτό το subshell)

Για παράδειγμα, η ηλεκτρονική διαμόρφωση του αζώτου είναι 1S2 2S2 2p³.

Παράδειγμα:

Ας δούμε την ηλεκτρονική διαμόρφωση του οξυγόνου (ατομικός αριθμός 8):

1. Αρχή Aufbau: Ακολουθώντας τον διαγώνιο κανόνα, γεμίζουμε τα τροχιακά με τη σειρά 1s, 2s, 2p.

2. Αρχή αποκλεισμού Pauli: Κάθε τροχιά μπορεί να κρατήσει το μέγιστο δύο ηλεκτρόνια με αντίθετες περιστροφές.

3. Κανόνας Hund: Μέσα στο 2p subshell, τοποθετούμε ένα ηλεκτρόνιο σε κάθε ένα από τα τρία 2p τροχιακά πριν συνδυάσει οποιαδήποτε ηλεκτρόνια.

Επομένως, η ηλεκτρονική διαμόρφωση του οξυγόνου είναι:1S2 2S2 2P⁴

Σημείωση: Αυτοί οι κανόνες παρέχουν ένα πλαίσιο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα ηλεκτρόνια κατανέμονται γύρω από τον πυρήνα. Ωστόσο, η συμπεριφορά των ηλεκτρονίων είναι πολύπλοκη και η κβαντική μηχανική διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην εξήγηση της συμπεριφοράς τους.