Konfigurace elektronu
V chemii, termín”konfigurace elektronu” se odkazuje na uspořádání elektronů; jak oni”orbita” kolem jádr jeden, nebo více, atomy.
| Tabulka s obsahem |
| 1 Orbitals, státy, a Wavefunctions 2 energetické hladiny (n) 3 moment hybnosti (l) 4 vnější spojení |
Orbitals, státy, a Wavefunctions
Protože elektrony jsou fermions oni jsou předmět k Pauli princip vyloučení, který říká, že žádné dva fermions mohou zabírat stejný kvantový stav najednou. Toto je základní východisko pro konfiguraci elektronů v atomu: jednou stát je obsazený elektronem, příští elektron musí obsadit různý quantum mechanický stát.
V atomu, pevné stavy wavefunction elektronu (tj. státy, které jsou eigenstatess Schrödinger rovnice H a Psi; = E a Psi; kde H je Hamiltonian) být odkazoval se na jak orbitals, analogií s klasickým obrazem částeček elektronu obíhat okolo jádra. Obecně, okružní reprezentuje region kde elektron může být čekal, že existuje (s ~ 90 % pravděpodobnost). Tyto státy mají čtyři hlavní kvantová čísla: n, l, l a s, a Pauli principem žádné dva elektrony mohou sdílet stejné hodnoty pro všechna čtyři čísla. Dva nejdůležitější tito jsou n a l.
Energetické hladiny (n)
První kvantové číslo n odpovídá celkový energie a od této doby také vzdálenost z jádra okružní, proto soubory států s stejný n být často odkazoval se na jako elektronové vrstvy nebo energetické hladiny. Tito nejsou rázně nakreslená pásma uvnitř atomu, ale poněkud chmýřovitý-obroubené oblasti uvnitř kterého elektron pravděpodobně se nalézá, náležitý k přírodě probabilistic quantum mechanické wavefunctions.
Moment hybnosti (l)
Druhé kvantové číslo l odpovídá momentu hybnosti státu. Tyto státy vezmou formu kulatého harmonics, a tak být popsaný Legendre polynomials. Různé státy se vztahovat k různým hodnotám l být někdy nazvaný náhradník-shelly, a (hlavně pro historické důvody) být odkazoval se na dopisem, takto:
| l hodnota | Dopis | Maximální množství elektronů ve skořápce |
|---|---|---|
| 0 | s | 2 |
| 1 | p | 6 |
| 2 | d | 10 |
| 3 | f | 14 |
| 4 | g | 18 |
Každý různého momentu hybnosti státy mohou brát 2 (2l+ 1) elektrony. Toto je protože třetí kvantové číslo l (který může být myšlenka [poněkud nesprávně] jako [quantised] projekce vektoru momentu hybnosti na z-osa) běží z -l k l v jednotkách celého čísla, a tak jsou tam 2l+ 1 možné státy. Každý zřetelný l stát může být obsazený dvěma elektrony s nepřátelskými rotacemi (daný kvantovým číslem s), dávat 2 (2l+ 1) elektrony celkový. Státy s vyšší l než daný v tabulce být dokonale dovolený v teorie ale tyto hodnoty pokryjí všechny atomy doposud zjistil.
Pro danou hodnotu n možné hodnoty l sahat od 0 k n- 1; proto, n= 1 shell jen vlastní s subshell a moci jen vzít 2 elektrony, n= 2 shell posedne s a p subshell a moci vzít 8 elektronů celkový, n= 3 shell posedne s, p a d subshells a má maximum 18 elektronů, a tak na (obecně mluvit, maximální množství elektronů v nth energetický stav je 2n2).
V základním stavu atomu, státy jsou “naplněné” v pořadí rostoucí energie; tj., první elektron jde do nejnižšího energetického stavu, druhý do příští nejnižší, a tak dále. Skutečnost, že stát 3d je vyšší v energii než stát 4s ale nižší než 4p je důvod pro existenci kovů přechodu. Objednávka ve kterém státy jsou vyplněny je takto:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s 5g 6f 7d 8p ...Toto vede přímo ke struktuře periodické tabulky. Chemické vlastnosti atomu jsou velmi určeny uspořádáním elektronů v jeho outermost (“valence”) shell (ačkoli jiné faktory, takový jak atomový poloměr, atomová hmotnosta zvýšená přístupnost dalších elektronických států také přispějí k chemii elementů jako zvýšení velikosti atomu).
Postupovat přes skupinu od nejlehčího elementu k nejtěžšímu elementu, vnější-elektrony shellu (ti nejvíce rychle dostupný pro účast v chemických reakcích) jsou všichni ve stejném typu okružní, s podobným tvarem, ale se zvýšeně vyšší energií a průměrnou vzdáleností z jádra. Například, vnější-shell (nebo “valence”) elektrony první skupiny, šel vodíkem všichni mají jeden elektron v s okružní. Ve vodíku, to s okružní je v nejnižším možném energetickém stavu nějakého atomu, první-shell okružní (a reprezentovaný vodíkovou pozicí v prvním období stolu). V francium, nejtěžší prvek skupiny, vnější-elektron shellu je v sedmý-shell okružní, významně dále vnější v průměru od jádra než ty elektrony plnit všechny shelly pod tím v energii. Jako další příklad, jak uhlík tak vedení mají čtyři elektrony v jejich vnější skořápce orbitals.
Protože důležitosti outermost shell, různé oblasti periodické tabulky jsou někdy odkazoval se na jako bloky periodické tabulky, pojmenovaný shodovat se k náhradníkovi-shell ve kterém “poslední” elektron pobývá, např. s-blok, p-blok, d-blok, etc.
Příklad zápisu obyčejně dal elektronu konfiguraci atomu, v tomto případě křemík (atomové číslo 14), je takto: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 Čísla jsou číslo shellu, n; dopisy se odkazují na stát momentu hybnosti, jak daný nahoře, a superscripted čísla jsou množství elektronů v tom stavu pro atom v pochybnost. Ještě jednodušší verze je jednoduše citovat množství elektronů v každé poličce, eg (znovu pro Sie): 2-8-4.
V molekulách, situace stane se hodně komplexnější: vidět molekulární orbitals pro podrobnosti. Podobný, ale ne totožný, argumenty mohou být aplikovány na protony a neutrony v atomovém jádru: vidět slupkový model jaderné fyziky.