Τι καθορίζει πώς γεμίζουν τα επίπεδα ενέργειας σε ένα άτομο;
1. Η αρχή Aufbau: Αυτή η αρχή δηλώνει ότι τα ηλεκτρόνια γεμίζουν πρώτα τα χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας. Υπαγορεύει τη σειρά με την οποία γεμίζουν τα τροχιακά.
* Τα χαμηλότερα ενεργειακά τροχιακά γεμίζουν πρώτα: Για παράδειγμα, το τροχιακό 1S έχει χαμηλότερη ενέργεια από την τροχιά 2S, οπότε γεμίζει πρώτα.
* Τα sublevels μέσα σε ένα κέλυφος γεμίζονται κατά σειρά αυξανόμενης ενέργειας: Για παράδειγμα, μέσα στο δεύτερο κέλυφος (n =2), το 2S Sublevel γεμίζεται πριν από το 2P Sublevel.
2. Ο κανόνας του Hund: Αυτός ο κανόνας δηλώνει ότι τα ηλεκτρόνια θα καταλαμβάνουν μεμονωμένα κάθε τροχιά μέσα σε ένα υποβρύχιο πριν διπλασιαστεί σε οποιοδήποτε τροχιακό.
* μεγιστοποιήστε την πολλαπλότητα περιστροφής: Τα ηλεκτρόνια προτιμούν να έχουν παράλληλες περιστροφές, πράγμα που σημαίνει ότι καταλαμβάνουν διαφορετικά τροχιακά μέσα σε ένα subshell με την ίδια περιστροφή.
* ελαχιστοποιεί την απόρριψη ηλεκτρονίων-ηλεκτρονίων: Καταλαμβάνοντας διαφορετικά τροχιακά, τα ηλεκτρόνια παραμένουν πιο μακριά, μειώνοντας την απόρριψη.
3. Αρχή αποκλεισμού Pauli: Αυτή η αρχή αναφέρει ότι δεν υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια σε ένα άτομο δεν μπορεί να έχει το ίδιο σύνολο τεσσάρων κβαντικών αριθμών. Αυτό σημαίνει ότι:
* Κάθε τροχιά μπορεί να κρατήσει το μέγιστο δύο ηλεκτρόνια: Αυτά τα δύο ηλεκτρόνια πρέπει να έχουν αντίθετες περιστροφές.
4. Οι κβαντικοί αριθμοί: Κάθε ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο περιγράφεται από ένα σύνολο τεσσάρων κβαντικών αριθμών:
* Κύριος κβαντικός αριθμός (n): Αυτό περιγράφει το επίπεδο ενέργειας του ηλεκτρονίου και την απόσταση του από τον πυρήνα. (n =1, 2, 3, κ.λπ.)
* γωνιακή ορμή ή αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός (L): Αυτό περιγράφει το σχήμα του τροχιακού ηλεκτρονίου και τη γωνιακή του ορμή. (l =0, 1, 2, ... n-1)
* Μαγνητικός κβαντικός αριθμός (ml): Αυτό περιγράφει τον προσανατολισμό του τροχιακού ηλεκτρονίου στο διάστημα. (ml =-l, -l+1, ..., 0, ..., l -1, l)
* Κβαντικός αριθμός περιστροφής (MS): Αυτό περιγράφει την εγγενή γωνιακή ορμή ενός ηλεκτρονίου, η οποία επίσης κβαντοποιείται και ονομάζεται περιστροφή. Μπορεί να είναι είτε περιστροφή (+1/2) είτε περιστροφή προς τα κάτω (-1/2).
Μαζί, αυτές οι αρχές και οι κβαντικοί αριθμοί καθορίζουν τη σειρά των τροχιακών ηλεκτρονίων πλήρωσης και τελικά καθορίζουν τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων ενός ατόμου.
Παράδειγμα:
Ας εξετάσουμε το άζωτο του στοιχείου (N). Το άζωτο έχει 7 ηλεκτρόνια. Εφαρμογή των παραπάνω κανόνων, λαμβάνουμε την ακόλουθη διαμόρφωση ηλεκτρονίων:
* 1S² 2S² 2P³
Αυτό σημαίνει ότι:
* Τα δύο πρώτα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν το 1S Orbital.
* Τα επόμενα δύο ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν το τροχιακό 2S.
* Τα τελευταία τρία ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τα τρία 2p τροχιακά μεμονωμένα, το καθένα με παράλληλη περιστροφή, μετά τον κανόνα του Hund.
Σημείωση: Υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις σε αυτούς τους κανόνες, ιδιαίτερα για στοιχεία με μερικώς γεμάτα d και f orbitals. Ωστόσο, οι βασικές αρχές που περιγράφονται παραπάνω παρέχουν μια καλή κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα επίπεδα ενέργειας συμπληρώνονται στα περισσότερα άτομα.
