7.15: Çok Elektronlu Atomlarının Elektron Konfigürasyonu
Alkali metal sodyum (atom numarası 11) neon atomundan bir tane fazla elektrona sahiptir. Bu elektron, mevcut en düşük enerjili alt kabuğa, 3s orbitaline gitmeli ve 1s22s22p63s1 konfigürasyonu vermelidir. En dıştaki kabuk orbitalini / orbitallerini (n'nin en yüksek değeri) işgal eden elektronlara değerlik elektronları denir ve iç kabuk orbitallerini işgal edenlere çekirdek elektronları denir. Çekirdek elektron kabukları soy gaz elektron konfigürasyonlarına karşılık geldiğinden, yoğunlaştırılmış bir formatta değerlik elektronları ile birlikte çekirdek elektron konfigürasyonuna uyan soy gazı yazarak elektron konfigürasyonlarını kısaltabiliriz. Sodyum için, [Ne] sembolü çekirdek elektronları (1s22s22p6) temsil eder ve kısaltılmış veya yoğunlaştırılmış konfigürasyon [Ne]3s1'dir.
Benzer şekilde, lityumun kısaltılmış konfigürasyonu [He]2s1 olarak temsil edilebilir, burada [He], lityumun dolu iç kabuğununkiyle aynı olan helyum atomunun konfigürasyonunu temsil eder. Konfigürasyonları bu şekilde yazmak, lityum ve sodyum konfigürasyonlarının benzerliğini vurgular. Alkali metal ailesinde bulunan her iki atom da, dolu bir iç kabuk kümesinin dışında değerlik s alt kabuğunda yalnızca bir elektrona sahiptir.
Li: [He]2s1
Na: [Ne]3s1
[Ne]3s2 konfigürasyonunda 12 elektronlu alkali toprak metal magnezyum (atom numarası 12), aile üyesi berilyum [He]2s2'ye benzer. Her iki atomun da doldurulmuş iç kabuklarının dışında doldurulmuş değerlik s alt kabuğu vardır. 13 elektronlu ve elektron konfigürasyonuna [Ne]3s23p1sahip alüminyum (atom numarası 13), aile üyesi boron [He]2s22p1'e benzer.
Silikonun (14 elektron), fosforun (15 elektron), sülfürün (16 elektron), klorin (17 elektron) ve argonun (18 elektron) elektron konfigürasyonları, daha ağır elementlerin dış kabuğunun ana kuantum sayısının bir artarak n = 3 olması dışında dış kabuklarının elektron konfigürasyonlarına karşılık gelen aile üyeleri olan sırasıyla nitrojen, oksijen, flor ve neon ile benzerdir.
Periyodik tablodaki bir sonraki element olan alkali metal potasyuma (atom numarası 19) geldiğimizde, 3d alt kabuğa elektron eklemeye başlayacağımızı bekleyebiliriz. Bununla birlikte, mevcut tüm kimyasal ve fiziksel kanıtlar, potasyumun lityum ve sodyum gibi olduğunu ve bir sonraki seçimin 3d seviyesine eklenmediğini, bunun yerine 4s seviyesine eklendiğini gösteriyor. Daha önce tartışıldığı gibi, radyal düğümü olmayan 3d'nin orbital enerjisi daha yüksektir, çünkü üç radyal düğüme sahip 4s'den daha az nüfuz eder ve çekirdekten daha fazla korunur. Dolayısıyla, potasyum [Ar]4s1 elektron konfigürasyonuna sahiptir. Bu nedenle potasyum, değerlik kabuğu konfigürasyonunda Li ve Na'ya karşılık gelir. 4s alt kabuğunu tamamlamak için bir elektron daha eklenir ve kalsiyum [Ar]4s2 elektron konfigürasyonuna sahiptir. Bu, kalsiyuma berilyum ve magnezyumunkine karşılık gelen bir dış kabuk elektron konfigürasyonu verir.
Cr ve Cu durumunda, yarı dolu ve tamamen doldurulmuş alt kabukların görünüşte tercih edilen stabilite koşullarını temsil ettiğini buluyoruz. Bu kararlılık, elektronun yarı dolu bir 3d alt kabuğun (Cr'de) veya doldurulmuş 3d alt kabuğun (Cu cinsinden) ekstra kararlılığını elde etmek için 4s'den 3d yörüngesine kayması şekildedir. Başka istisnalar da bulunmaktadır. Örneğin, niyobyumun (Nb, atom numarası 41) elektron konfigürasyonuna [Kr]5s24d3 sahip olduğu tahmin edilmektedir. Deneysel olarak, temel durum elektron konfigürasyonunun aslında [Kr]5s14d 4 olduğunu gözlemliyoruz. 5s orbitallerinde elektronları eşleştirerek yaşanan elektron-elektron itmelerinin, 5s ve 4d orbitalleri arasındaki enerji aralığından daha büyük olduğunu söyleyerek bu gözlemi rasyonelleştirebiliriz. Elektronlar arasındaki itmelerin büyüklüğünün, alt kabuklar arasındaki küçük enerji farklarından daha büyük olduğu atomlar için istisnaları tahmin etmenin basit bir yöntemi yoktur.
Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 6.4: Electronic Structure of Atoms.
