Πώς τοποθετούνται τα ηλεκτρόνια σε ένα τροχιακό κέλυφος;
1. Επίπεδα ενέργειας και κελύφη:
* Επίπεδα ενέργειας: Τα ηλεκτρόνια υπάρχουν σε συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας γύρω από τον πυρήνα. Αυτά τα επίπεδα υποδηλώνονται από τον κύριο κβαντικό αριθμό (n), ο οποίος μπορεί να είναι οποιοσδήποτε θετικός ακέραιος (1, 2, 3, κλπ.). Οι υψηλότεροι αριθμοί υποδεικνύουν υψηλότερα επίπεδα ενέργειας.
* κοχύλια: Κάθε επίπεδο ενέργειας αντιστοιχεί σε ένα κέλυφος ηλεκτρονίων. Το πρώτο κέλυφος (n =1) είναι πιο κοντά στον πυρήνα και τα επακόλουθα κελύφη είναι πιο μακριά.
2. Υποβρύχια και τροχιακά:
* Subshells: Κάθε κέλυφος ηλεκτρονίων χωρίζεται σε υποβρύχια, που υποδηλώνεται με γράμματα (S, P, D, F).
* S-Subshell: Περιέχει μόνο ένα τροχιακό, το οποίο μπορεί να συγκρατήσει έως και 2 ηλεκτρόνια.
* p-subshell: Περιέχει τρία τροχιακά, το καθένα από τα οποία συγκρατεί έως 2 ηλεκτρόνια (σύνολο 6 ηλεκτρονίων).
* d-subshell: Περιέχει πέντε τροχιακά, καθένα από τα οποία συγκρατεί μέχρι 2 ηλεκτρόνια (σύνολο 10 ηλεκτρονίων).
* F-Subshell: Περιέχει επτά τροχιακά, καθένα από τα οποία συγκρατεί μέχρι 2 ηλεκτρόνια (σύνολο 14 ηλεκτρονίων).
* Orbitals: Κάθε υποβρύχια αποτελείται από ένα ή περισσότερα ατομικά τροχιακά, τα οποία είναι περιοχές του χώρου όπου υπάρχει μεγάλη πιθανότητα εύρεσης ηλεκτρονίου.
3. Παραγγελία συμπλήρωσης και κανόνα του Hund:
* Αρχή Aufbau: Τα ηλεκτρόνια γεμίζουν τροχιακά ξεκινώντας από το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας και κινούνται προς τα πάνω.
* Αρχή αποκλεισμού Pauli: Κάθε τροχιά μπορεί να συγκρατήσει δύο ηλεκτρόνια και αυτά τα ηλεκτρόνια πρέπει να έχουν αντίθετες περιστροφές (που αντιπροσωπεύονται ως περιστροφή ↑ και περιστροφή δικού).
* Κανόνας Hund: Όταν γεμίζουν τροχιακά μέσα σε ένα υποβρύχιο, τα ηλεκτρόνια θα καταλαμβάνουν κάθε τροχιά μεμονωμένα πριν συνδυαστούν με το ίδιο τροχιακό.
4. Διαμόρφωση ηλεκτρονίων:
Η διαμόρφωση ηλεκτρονίων ενός ατόμου περιγράφει την κατανομή των ηλεκτρονίων στα τροχιακά του. Για παράδειγμα, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων του οξυγόνου (O) είναι 1S2S2S2P⁴, που σημαίνει:
* 1S2: Το πρώτο κέλυφος (n =1) έχει 2 ηλεκτρόνια στο S-Subshell.
* 2S2: Το δεύτερο κέλυφος (n =2) έχει 2 ηλεκτρόνια στο S-Subshell.
* 2p⁴: Το δεύτερο κέλυφος (n =2) έχει 4 ηλεκτρόνια στο P-Subshell (δύο τροχιακά γεμάτα με ένα ηλεκτρόνιο το καθένα και ένα τροχιακό γεμάτο με δύο ηλεκτρόνια).
Παράδειγμα:
Ας εξετάσουμε το άζωτο του στοιχείου (N), το οποίο έχει 7 ηλεκτρόνια.
1. Επίπεδα ενέργειας: Τα πρώτα δύο επίπεδα ενέργειας (n =1 και n =2) γεμίζουν.
2. Subshells: Το πρώτο κέλυφος έχει μόνο το S-Subshell (1S). Το δεύτερο κέλυφος έχει τα subshells S και P (2s και 2p).
3. Orbitals: Το 1S Subshell έχει ένα τροχιακό, το Subshell 2S έχει ένα τροχιακό και το 2P Subshell έχει τρία τροχιακά.
4. Διαμόρφωση ηλεκτρονίων:
* 1S2: Το 1S τροχιακό γεμίζει με 2 ηλεκτρόνια.
* 2S2: Το τροχιακό 2S είναι γεμάτο με 2 ηλεκτρόνια.
* 2p³: Τα τροχιακά 2p είναι γεμάτα με 3 ηλεκτρόνια. Κάθε ένα από τα τρία τροχιακά 2p λαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο (κανόνας του Hund).
Επομένως, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων του αζώτου είναι 1S²2S2P3.
Συνοπτικά:
Η τοποθέτηση των ηλεκτρονίων σε τροχιακά κελύφη ακολουθεί μια συγκεκριμένη σειρά βασισμένη σε ενεργειακά επίπεδα, υποβρύχια, τροχιακά και μερικούς βασικούς κανόνες:την αρχή του Aufbau, την αρχή του αποκλεισμού Pauli και τον κανόνα του Hund. Αυτοί οι κανόνες καθορίζουν τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων ενός ατόμου, η οποία αποτελεί θεμελιώδη πτυχή της χημικής του συμπεριφοράς.
