Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

7.15: Электронная конфигурация многоэлектронных атомов.
СОДЕРЖАНИЕ

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.

Education
Electron Configuration of Multielectron Atoms
 
ТРАНСКРИПТ

7.15: Электронная конфигурация многоэлектронных атомов.

У щелочного металла натрия (атомный номер 11) на один электрон больше, чем у атома неона. Этот электрон должен войти в подоболочку с наименьшей энергией, орбиталь 3 s , что дает 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 1 конфигурация. Электроны, занимающие орбитали внешней оболочки (максимальное значение n ), называются валентными электронами, а электроны, занимающие орбитали внутренней оболочки, называются остовными электронами. Поскольку основные электронные оболочки соответствуют электронным конфигурациям благородных газов, мы можем сокращать электронные конфигурации, записывая благородный газ, который соответствует основной электронной конфигурации, вместе с валентными электронами в сжатом формате. Для натрия символ [Ne] представляет электроны ядра, (1 s 2 2 s 2 2 p 6 ), а сокращенная или сжатая конфигурация - [Ne] 3 s 1 .

Аналогично, сокращенная конфигурация лития может быть представлена как [HE]2s1, где [HE] представляет конфигурацию атома гелия, которая идентична конфигурации наполненной внутренней оболочки лития. Написание конфигураций таким образом подчеркивает схожесть конфигураций лития и натрия. Оба атома, входящие в семейство щелочных металлов, имеют только один электрон в подоболочке валентности вне заполненного набора внутренних оболочек.

Li: [He] 2s1

Na: [NE]3s1

Щелочноземельный металл магний (атомный номер 12) с его 12 электронами в конфигурации [Ne] 3 s 2 аналогичен члену своего семейства бериллию, [He] 2 s 2 . Оба атома имеют заполненную подоболочку s вне заполненных внутренних оболочек. Алюминий (атомный номер 13), с 13 электронами и электронной конфигурацией [Ne] 3 s 2 3 p 1 , аналогичен члену семейства бора, [He] 2 s 2 2 p 1 .

Электронные конфигурации кремния (14 электронов), фосфора (15 электронов), серы (16 электронов), хлора (17 электронов) и аргона (18 электронов) аналогичны электронным конфигурациям их внешних оболочек соответствующим членам их семей: Углероду, азоту, кислороду, фтор и неону, соответственно, за исключением того, что главное квантовое число внешней оболочки более тяжелых элементов увеличилось на один к n = 3.

Когда мы пришли к следующему элементу периодической таблицы, калию щелочного металла (атомный номер 19), мы могли бы ожидать, что мы начнем добавлять электроны в 3D-подоболочку. Однако все имеющиеся химические и физические доказательства указывают на то, что калий похож на литий и натрий, и что следующие выборы не добавляются на уровень 3d, а добавляются к уровню 4s. Как уже говорилось ранее, трехмерная орбитальная без радиальных узлов обладает большей энергией, поскольку она менее проникающая и более экранированная от ядра, чем 4s, которые имеют три радиальных узла. Таким образом, калий имеет электронную конфигурацию [AR]4s1. Следовательно, калий соответствует ли и Na в его конфигурации оболочки валентности. Следующий электрон добавляется для завершения подоболочки 4s, а кальций имеет электронную конфигурацию [AR]4s2. Это дает кальцию внешнюю электронную конфигурацию оболочки, соответствующую конфигурации из алюминия и магния.

В случае Cr и Cu мы обнаружили, что полунаполненные и полностью заполненные подоболочки, по-видимому, представляют собой условия предпочтительной стабильности. Такая стабильность такова, что электрон переходит из 4-х в 3-мерную орбиту, чтобы получить дополнительную стабильность полузаполненной 3d-подоболочки (в Cr) или заполненной 3d-подоболочки (в Cu). Также происходят другие исключения. Например, предполагается, что конфигурация электронов [KR]5s24d3 будет иметь ниобий (NB, атомный номер 41). Экспериментально мы видим, что егоосновная конфигурация электронов на самом деле [KR]5s14d  4. Мы можем рационализировать это наблюдение, заявив, что электронные отталкивания, испытанные сопряжением электронов на орбите 5s, больше, чем разрыв в энергии между 5s и 4d орбит. Нет простого способа предсказать исключения для атомов, где величина отталкиваний между электронами больше, чем небольшие различия в энергии между подоболочками.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 6.4: Электронная структура атомов.

Tags

Electron Configuration Multielectron Atoms Pauli Exclusion Principle Hund's Rule Aufbau Principle Sodium Neon Periodic Table Noble Gases Core Electron Distribution Valence Electron Potassium 3d Subshell 4s Subshell Argon Experimental Confirmation
Waiting X
Simple Hit Counter