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Was ist Spektralnotation?
Die Spektrale Notation o Elektronische Konfiguration ist die Anordnung von Elektronen in Energieniveaus um den Kern eines Atoms.
Gemäß früheres Bohr Atommodell, besetzen Elektronen verschiedene Ebene in Umlaufbahnen um den Kern, die ersten am nächsten zum Kern K, die siebten Schicht, Q, die die am weitesten von der Kernschicht ist.
Im Hinblick auf einem anspruchsvollere quantenmechanischen Modell werden die K-Q Schichten in einen Satz von Orbitalen unterteilt, von denen jeder um nicht mehr als ein Paar von Elektronen (Encyclopædia Britannica, 2011) belegt werden.
Üblicherweise wird die elektronische Konfiguration der Orbitale eines Atoms in seinem Grundzustand, sondern kann auch ein Atom darstellen, die in ihren jeweiligen Orbitale in ein Kation oder Anion ist, Kompensieren verwendet werden, um zu beschreiben, die für den Verlust oder den Gewinn von Elektronen ionisiert wurde.
Viele der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Elemente können mit ihren einzigartigen elektronischen Konfigurationen korreliert werden.
Valenzelektronen, Elektronen in der äußersten Schicht, sind der entscheidende Faktor für die einzigartige Chemie des Elements (Elektronenkonfigurationen und die Eigenschaften von Atomen, S. F.).
Wenn Elektronen in der äußersten Schicht eines Atoms Energie irgendeiner Art empfangen, bewegen sie sich zu Schichten höherer Energie. Somit wird ein Elektron in der K-Schicht in die L-Schicht übertragen, während es sich in einem höheren Energiezustand befindet.
Wenn das Elektron in seinen Grundzustand zurückkehrt, gibt es die Energie frei, die es absorbiert hat, indem es ein elektromagnetisches Spektrum (Licht) emittiert. Da jedes Atom eine spezifische elektronische Konfiguration hat, wird es auch ein spezifisches Spektrum haben, das als Absorptions- (oder Emissions-) Spektrum bezeichnet wird.
Aus diesem Grund wird der Begriff spektrale Notation verwendet, um sich auf die elektronische Konfiguration (Spectroscopic Notation, S.F.) zu beziehen.
So bestimmen Sie die spektrale Notation: Quantenzahlen
Insgesamt vier Quantenzahlen werden verwendet, um die Bewegung und die Flugbahnen jedes Elektrons innerhalb eines Atoms vollständig zu beschreiben.
Die Kombination aller Quantenzahlen aller Elektronen in einem Atom wird durch eine Wellenfunktion beschrieben, die der Schrödinger-Gleichung entspricht. Jedes Elektron in einem Atom hat eine eindeutige Menge von Quantenzahlen.
Nach dem Pauli-Ausschlussprinzip können zwei Elektronen nicht die gleiche Kombination von vier Quantenzahlen teilen.
Quantenzahlen sind wichtig, weil sie dazu verwendet werden können, die elektronische Konfiguration eines Atoms und die wahrscheinliche Position der Elektronen im Atom zu bestimmen.
Quantenzahlen werden auch verwendet, um andere Eigenschaften von Atomen wie Ionisierungsenergie und Atomradius zu bestimmen.
Quantenzahlen bezeichnen spezifische Schalen, Unterschichten, Orbitale und Elektronendrehungen.
Dies bedeutet, dass sie die Eigenschaften eines Elektrons in einem Atom vollständig beschreiben, das heißt, sie beschreiben jede einzigartige Lösung für die Schrödinger-Gleichung oder die Wellenfunktion von Elektronen in einem Atom.
Existieren vier Quantenzahlen: die Hauptquantenzahl (n), die Quantenzahl des Bahndrehimpuls (L), die magnetische Quantenzahl (ml), und die Quantenzahl von Elektronenspin (ms).
Die Hauptquantenzahl nn beschreibt die Energie eines Elektrons und die wahrscheinlichste Entfernung des Elektrons vom Kern. Mit anderen Worten, es bezieht sich auf die Größe des Orbitals und das Energieniveau, auf dem ein Elektron platziert wird.
Die Anzahl der Sublayer oder ll beschreibt die Form des Orbitals. Es kann auch verwendet werden, um die Anzahl der Winkelknoten zu bestimmen.
Die magnetische Quantenzahl, ml, beschreibt die Energieniveaus in einer Unterschicht, und ms bezieht sich auf den Spin auf dem Elektron, der hoch oder runter sein kann (Anastasiya Kamenko, 2017).
Prinzip des Aufbaus
Aufbau kommt vom deutschen Wort "Bauen". Wenn wir Elektronenkonfigurationen schreiben, konstruieren wir Elektronenorbitale, wenn wir uns von einem Atom zum anderen bewegen.
Wenn wir die elektronische Konfiguration eines Atoms schreiben, füllen wir die Orbitale in aufsteigender Ordnung der Ordnungszahl.
Das Prinzip des Aufbaus geht auf das Pauli-Prinzip zurück, das besagt, dass es in einem Atom keine zwei Fermionen (zum Beispiel Elektronen) gibt.
Sie können die gleiche Menge an Quantenzahlen haben, so dass sie sich bei höheren Energien "akkumulieren" müssen. Wie sich Elektronen anreichern, ist Gegenstand von Elektronenkonfigurationen (Aufbau Prinzip, 2015).
Stabile Atome haben so viele Elektronen wie Protonen im Kern. Elektronen sammeln sich in Quantenorbitalen um den Kern, wobei vier Grundregeln, das Aufbau-Prinzip, beachtet werden.
- Es gibt keine zwei Elektronen im Atom, die die gleichen vier Quantenzahlen n, l, m und s teilen.
- Die Elektronen werden zuerst die Orbitale des niedrigsten Energieniveaus besetzen.
- Die Elektronen füllen immer die Orbitale mit der gleichen Spinzahl.Wenn die Orbitale voll sind, wird es beginnen.
- Die Elektronen füllen Orbitale mit der Summe der Quantenzahlen n und l. Orbitale mit gleichen Werten von (n + l) werden zuerst mit den Werten von n lower gefüllt.
Die zweite und die vierte Regel sind im Wesentlichen gleich. Ein Beispiel für Regel vier wären die 2p- und 3s-Orbitale.
A 2P-Orbital ist, n = 2 und L = 2 und 3s-Orbital ist n = 3 und L = 1 (N + l) = 4 in beiden Fällen, aber die 2P-Orbital die niedrigste Energie oder niedriger n-Wert, bevor der gefüllt werden 3s Schicht.
Glücklicherweise kann das in Abbildung 2 gezeigte Moeller-Diagramm verwendet werden, um Elektronen zu füllen. Der Graph wird gelesen, indem die Diagonalen von 1s ausgeführt werden.
Abbildung 2 zeigt die Atomorbitale und Pfeile folgen dem Pfad zu folgen.
Jetzt, wo bekannt ist, dass die Orbitale voll sind, bleibt nur noch die Größe jedes Orbitals.
S-Orbitale haben 1 möglichen Wert von ml um 2 Elektronen zu enthalten
P-Orbitale haben 3 mögliche Werte von ml um 6 Elektronen zu enthalten
D-Orbitale haben 5 mögliche Werte von ml um 10 Elektronen zu enthalten
F-Orbitale haben 7 mögliche Werte von ml um 14 Elektronen zu enthalten
Dies ist alles was benötigt wird, um die elektronische Konfiguration eines stabilen Atoms eines Elements zu bestimmen.
Nimm zum Beispiel das Stickstoffelement. Stickstoff hat sieben Protonen und damit sieben Elektronen. Das erste zu füllende Orbital ist das 1s-Orbital. Ein Orbital hat zwei Elektronen, also sind noch fünf Elektronen übrig.
Das nächste Orbital ist das 2s-Orbital und enthält die nächsten zwei. Die drei Endelektronen gehen in das 2p-Orbital, das bis zu sechs Elektronen enthalten kann (Helmenstin, 2017).
Hund Regeln
Abschnitt Aufbau diskutiert, wie die Elektronen-Orbitale der niedrigsten Energie füllen und dann bewegen, um die Orbitalenergie des höchsten erst nachdem die Orbitale von geringster Energie gefüllt sind.
Es gibt jedoch ein Problem mit dieser Regel. Sicherlich wird die Orbitale 1s vor der 2s-Orbital abgeschlossen, da 1s-Orbitale einen kleineren Wert von n, und damit geringerer Leistung.
Und die drei verschiedenen 2p-Orbitale? In welcher Reihenfolge sollen sie gefüllt werden? Die Antwort auf diese Frage beinhaltet Hunds Regel.
Hunds Regel besagt:
- Jedes Orbital in einer Unterebene wird einzeln besetzt, bevor ein Orbital doppelt besetzt ist.
- Alle Elektronen in individuell besetzten Orbitalen haben die gleiche Rotation (um die totale Rotation zu maximieren).
Wenn Elektronen-Orbitale zugeordnet ist, sucht ein Elektron zunächst alle Orbitale mit ähnlicher Energie zu füllen (auch als entartete Orbitale) vor Elektronenpaar mit einem anderen halb voll Orbital.
Die Atome in den Grundzuständen neigen dazu, so viele ungepaarte Elektronen wie möglich zu haben. Stellen Sie sich bei der Visualisierung dieses Prozesses vor, wie die Elektronen das gleiche Verhalten wie die gleichen Pole in einem Magneten zeigen, wenn sie in Kontakt kommen.
Wenn negativ geladene Elektronen-Orbital füllen, zuerst versuchen, sie so weit voneinander entfernt zu bekommen, bevor (Hund Regeln, 2015) paaren müssen.
Referenzen
- Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, 24. März). Quantenzahlen. Von chem.libretexts.org abgerufen.
- Aufbau Prinzip. (2015, 3. Juni). Von chem.libretexts.org abgerufen.
- Elektronenkonfigurationen und die Eigenschaften von Atomen. (S.F.) Von oneonta.edu abgerufen.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7. September). Elektronische Konfiguration. Wiederhergestellt von britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, 7. März). Das Aufbau Prinzip - Elektronische Struktur und das Aufbauprinzip. Von thinkco.com abgerufen.
- Hunds Regeln. (2015, 18. Juli). Von chem.libretexts.org abgerufen.
- Spektroskopische Notation. (S.F.) Von bcs.whfreeman.com abgerufen.