的电子配置,也被称为电子结构,是在围绕原子核的能量水平的电子的布置。根据旧的玻尔原子模型,电子在原子核周围的轨道中占据各种能级,从最靠近原子核的第一个壳K到距离原子核最远的第七个壳Q。
根据更精细的量子力学模型,KQ壳可细分为一组轨道,每个轨道最多可被一对电子占据。
通常,电子构型用于描述处于基态的原子的轨道,但也可以用于表示已离子化为阳离子或阴离子的原子,以补偿各自轨道中电子的损失或获得。
元素的许多物理和化学性质可以与其独特的电子结构相关。价电子,即最外壳中的电子,是元素独特化学性质的决定因素。
电子结构基础
在将原子的电子分配给轨道之前,应使自己熟悉电子构型的基本知识。元素周期表中的每个元素都由原子组成,原子由质子,中子和电子组成。
电子表现出负电荷,并在电子轨道的原子核周围发现,定义为可以在95%的概率内找到电子的空间体积。
四种不同类型的轨道(s,p,d和f)具有不同的形状,并且一个轨道最多可容纳两个电子。p,d和f轨道具有不同的子能级,因此它们可以容纳更多的电子。
如图所示,每个元素的电子构型对其在周期表中的位置都是唯一的。能级由周期确定,电子数由元素的原子序数确定。
不同能级的轨道彼此相似,但是占据空间的不同区域。
1s轨道和2s轨道具有s轨道的特征(径向节点,球形体积概率,它们只能包含两个电子,等等)。但是,由于它们处于不同的能级,因此它们在原子核周围占据不同的空间。每个轨道可以由周期表上的特定块表示。
块s是包括氦在内的碱金属区域(第1和2组),块d是过渡金属(第3至12组),块p是第13至18组主要元素的元素,而f嵌段是镧系和act系系列。
图1:元素周期表的元素及其周期根据轨道的能级而变化。
奥夫鲍原理
Aufbau来自德语单词“ Aufbauen”,意思是“建造”。本质上,通过编写电子构型,我们在从一个原子移动到另一个原子时建立电子轨道。
当我们编写原子的电子构型时,我们将以原子序数递增的顺序填充轨道。
Aufbau原理源自保利排斥原理,该原理说原子中不存在两个费米子(例如电子)。它们可以具有相同的量子数集,因此必须在更高的能级下“堆叠”。
电子如何积累取决于电子构型(Aufbau Principle,2015)。
稳定原子在原子核中具有与质子一样多的电子。电子遵循称为Aufbau原理的四个基本规则,聚集在量子轨道的原子核周围。
- 原子中没有两个电子具有相同的四个量子数n,l,m和s。
- 电子将首先占据最低能级的轨道。
- 电子将始终以相同的自旋数填充轨道。当轨道充满时,它将开始。
- 电子将以量子数n和l之和填充轨道。值等于(n + l)的轨道将首先填充较低的n个值。
第二和第四条规则基本相同。规则4的一个示例是2p和3s轨道。
2p轨道的n = 2和l = 2,而3s轨道的n = 3和l =1。(N + l)= 4在两种情况下,但是2p轨道的能量最低或n值最低,并且将在np之前填充第3层。
幸运的是,图2中所示的穆勒图可以用来进行电子填充。通过对角线从1s开始读取图形。
图2:填充电子结构的穆勒图。
图2显示了原子轨道,箭头沿前进的方向前进。
既然已知轨道的顺序已被填写,剩下的唯一事情就是记住每个轨道的大小。
小号轨道具有米的1个可能值升含有2个电子
P轨道有3个可能的ml值,包含6个电子
D轨道有5个可能的μl值,可容纳10个电子
F轨道有7个可能的m l值来容纳14个电子
这是确定元素稳定原子的电子构型所需要的。
例如,取元素氮。氮有七个质子,因此有七个电子。填充的第一个轨道是1s轨道。
s轨道有两个电子,所以剩下五个电子。下一个轨道是2s轨道,包含下两个轨道。最终的三个电子将进入2p轨道,该轨道最多可容纳六个电子(Helmenstine,2017年)。
外部电子构型的重要性
电子构型在确定原子的性质中起重要作用。
除了原子序数n以外,同一基团的所有原子都具有相同的外部电子构型,这就是为什么它们具有相似的化学性质的原因。
影响原子性质的一些关键因素包括最大占据轨道的大小,高能轨道的能量,轨道空位的数量以及高能轨道中的电子数量。
大多数原子性质可能与最外层电子对原子核之间的吸引力程度以及最外层电子壳中的电子数,价电子数有关。
外壳的电子是可以形成共价化学键的电子,它们是具有离子化能力以形成阳离子或阴离子的电子,并且是赋予化学元素氧化态的电子。
他们还将确定原子半径。随着n变大,原子半径增加。当原子失去电子时,由于原子核周围负电荷的减少,原子半径将收缩。
外壳电子是价键理论,晶体场理论和分子轨道理论所考虑的那些电子,以获得分子的性质和键的杂化。
参考文献
- 奥夫堡原则。(2015年6月3日)。取自chem.libretexts:chem.libretexts.org。
- 博兹曼科学。(2013年,Agoto 4)。电子配置。取自youtube:youtube.com。
- 电子构型和原子性质。(SF)。取自oneonta.edu:oneonta.edu。
- 不列颠百科全书。(2011年9月7日)。电子配置。取自britannica:britannica.com。
- Faizi,S.(2016年7月12日)。电子配置。取自chem.libretexts:chem.libretexts.org。
- Helmenstine,T.(2017年3月7日)。Aufbau原理-电子结构和Aufbau原理。取自Thoughtco:Thoughtco.com。
- Khan,S.(2014年6月8日)。价电子和键合。取自khanacademy:khanacademy.org。