Πώς μετακινούνται τα ηλεκτρόνια και γεμίζουν τα επίπεδα των τροχιακών σύμφωνα με τη σύγχρονη κβαντική θεωρία;
Βασικές έννοιες
* Κβαντικοί αριθμοί: Τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο περιγράφονται από τέσσερις κβαντικούς αριθμούς:
* Κύριος κβαντικός αριθμός (n): Υποδεικνύει το επίπεδο ηλεκτρονίων ή το επίπεδο ενέργειας (n =1, 2, 3, κλπ.). Οι υψηλότερες τιμές 'n' σημαίνουν υψηλότερα επίπεδα ενέργειας.
* γωνιακή ορμή ή αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός (L): Περιγράφει το σχήμα του τροχιακού (0 =s, 1 =p, 2 =d, 3 =f).
* Μαγνητικός κβαντικός αριθμός (ml): Καθορίζει τον προσανατολισμό του τροχιακού στο διάστημα (κυμαίνεται από -L έως +L, συμπεριλαμβανομένου του 0).
* Κβαντικός αριθμός περιστροφής (MS): Αντιπροσωπεύει την εγγενή γωνιακή ορμή ενός ηλεκτρονίου, το οποίο κβαντοποιήθηκε και έχει τιμή +1/2 ή -1/2.
* Αρχή αποκλεισμού Pauli: Δεν υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια σε ένα άτομο δεν μπορεί να έχει το ίδιο σύνολο τεσσάρων κβαντικών αριθμών.
* Αρχή Aufbau: Τα ηλεκτρόνια γεμίζουν τροχιακά κατά σειρά αυξανόμενων ενέργειας.
* Κανόνας Hund: Μέσα σε ένα υποβρύχιο, τα ηλεκτρόνια θα καταλαμβάνουν μεμονωμένα κάθε τροχιά πριν από τη διπλή κατανόηση οποιουδήποτε από αυτά. Θα μεγιστοποιήσουν επίσης την περιστροφή τους προς την ίδια κατεύθυνση (μεγιστοποιούν τα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια).
Συμπλήρωση τροχιακών
1. Η χαμηλότερη ενέργεια πρώτα: Τα ηλεκτρόνια εισέρχονται πάντα στο χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας (n =1 πρώτα, στη συνέχεια n =2, και ούτω καθεξής).
2. Σε κάθε επίπεδο ενέργειας, υπάρχουν υποβρύχια. Ο αριθμός των υποβρυχίων σε επίπεδο είναι ίσος με το 'n' (π.χ. n =2 έχει δύο υποκείμενα:2s και 2p).
3.
* srbitals: Σφαιρικό, ένα τροχιακό ανά υποεπίπεδο (π.χ., 1s, 2s, 3s).
* Prbitals: Αλτήρα, τρία τροχιακά ανά υποεπίπεδο (π.χ., 2ρ, 3ρ).
* D Orbitals: Πιο πολύπλοκα σχήματα, πέντε τροχιακά ανά υποεπίπεδο (π.χ. 3d, 4d).
* frbitals: Ακόμη πιο περίπλοκα σχήματα, επτά τροχιακά ανά υποεπίπεδο (π.χ., 4f, 5f).
4.
* διαγώνιος κανόνας (διάγραμμα aufbau): Ένα χρήσιμο εργαλείο για να θυμηθείτε τη σειρά πλήρωσης των τροχιακών. Είναι ένα διαγώνιο μοτίβο βέλους που ξεκινά από 1s και συνεχίζεται προς τα κάτω και προς τα δεξιά.
* Διάγραμμα επιπέδων ενέργειας: Ένα άλλο εργαλείο που δείχνει οπτικά τα σχετικά επίπεδα ενέργειας των τροχιακών.
Παράδειγμα:Συμπλήρωση των τριών πρώτων επιπέδων ενέργειας
* n =1:
* 1S SUBSHELL:1 ORBITAL, μπορεί να κρατήσει 2 ηλεκτρόνια (ένα με περιστροφή επάνω (+1/2) και ένα με περιστροφή κάτω (-1/2)).
* n =2:
* 2S Subshell:1 τροχιά, μπορεί να κρατήσει 2 ηλεκτρόνια.
* 2p Subshell:3 τροχιακά, μπορούν να κρατήσουν 6 ηλεκτρόνια (2 σε κάθε τροχιακό).
* n =3:
* 3S Subshell:1 τροχιά, μπορεί να κρατήσει 2 ηλεκτρόνια.
* 3p Subshell:3 τροχιακά, μπορεί να κρατήσει 6 ηλεκτρόνια.
* 3D Subshell:5 τροχιακά, μπορούν να κρατήσουν 10 ηλεκτρόνια (αλλά αυτά συχνά γεμίζουν μετά από 4s σύμφωνα με την αρχή Aufbau).
Σημαντικές σημειώσεις:
* Εξαιρέσεις: Ενώ η αρχή του AUFBAU και ο κανόνας του Hund ακολουθείται γενικά, υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις (π.χ. CR, CU) λόγω της πολυπλοκότητας των αλληλεπιδράσεων ηλεκτρονίων-ηλεκτρονίων.
* Διαμόρφωση ηλεκτρονίων: Η ειδική κατανομή των ηλεκτρονίων μεταξύ των τροχιακών σε ένα άτομο ονομάζεται διαμόρφωση ηλεκτρονίων.
Επιτρέψτε μου να ξέρω αν θέλετε να δείτε ένα συγκεκριμένο παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο καθορίζεται η διαμόρφωση ηλεκτρονίων ενός στοιχείου!
