Các cấp năng lượng là gì?

các cấp dưới của năng lượng trong nguyên tử chúng là dạng mà các electron được tổ chức trong các lớp điện tử, sự phân bố của chúng trong phân tử hoặc nguyên tử. Những cấp độ năng lượng này được gọi là quỹ đạo.

Tổ chức của các electron ở cấp độ phụ là những gì cho phép kết hợp hóa học của các nguyên tử khác nhau và cũng xác định vị trí của chúng trong Bảng tuần hoàn các nguyên tố.

Các electron được sắp xếp trong các lớp điện tử của nguyên tử theo một cách nhất định bởi sự kết hợp của các trạng thái lượng tử. Thời điểm một trong những trạng thái này bị chiếm giữ bởi một electron, các electron khác phải được đặt ở trạng thái khác.

Giới thiệu

Mỗi nguyên tố hóa học trong Bảng tuần hoàn bao gồm các nguyên tử, lần lượt bao gồm các neutron, proton và electron. Electron là các hạt tích điện âm được tìm thấy xung quanh hạt nhân của bất kỳ nguyên tử nào, được phân phối trong quỹ đạo của electron.

Quỹ đạo của electron là thể tích không gian nơi một electron có 95% cơ hội được tìm thấy. Có nhiều loại quỹ đạo khác nhau, với hình dạng khác nhau. Trong mỗi quỹ đạo, có thể định vị tối đa hai electron. Quỹ đạo đầu tiên của nguyên tử là nơi có xác suất tìm thấy electron cao nhất.

Các quỹ đạo được chỉ định bởi các chữ cái s, p, d và f, nghĩa là Sắc nét, Nguyên tắc, Khuếch tán và Cơ bản và kết hợp khi các nguyên tử tham gia để tạo thành một phân tử lớn hơn. Những tổ hợp quỹ đạo này được tìm thấy trong mỗi lớp của nguyên tử.

Ví dụ, ở lớp 1 của nguyên tử có các quỹ đạo S, ở lớp 2 có các quỹ đạo S và P, bên trong lớp 3 của nguyên tử có các quỹ đạo S, P và D và cuối cùng ở lớp 4 của nguyên tử có tất cả các Các quỹ đạo S, P, D và F.

Ngoài ra trong các quỹ đạo, chúng tôi tìm thấy các cấp phụ khác nhau, do đó có thể lưu trữ nhiều điện tử hơn. Các quỹ đạo ở các mức năng lượng khác nhau tương tự nhau, nhưng chiếm các khu vực khác nhau trong không gian.

Quỹ đạo thứ nhất và quỹ đạo thứ hai có cùng đặc điểm là một quỹ đạo S có các nút xuyên tâm, có xác suất lớn hơn về thể tích hình cầu và chỉ có thể chứa hai electron. Tuy nhiên, chúng nằm ở các mức năng lượng khác nhau và do đó chiếm các không gian khác nhau xung quanh hạt nhân.

Vị trí trong bảng tuần hoàn các nguyên tố

Mỗi cấu hình điện tử của các phần tử là duy nhất, đó là lý do tại sao chúng xác định vị trí của chúng trong Bảng tuần hoàn các phần tử. Vị trí này được xác định bởi thời gian của mỗi nguyên tố và số nguyên tử của nó bằng số electron mà nguyên tử của nguyên tố đó có.

Theo cách này, sử dụng bảng tuần hoàn để xác định cấu hình của các electron trong nguyên tử là chìa khóa. Các yếu tố được chia thành các nhóm theo cấu hình điện tử của chúng như sau:

Mỗi quỹ đạo được biểu diễn trong các khối cụ thể trong Bảng tuần hoàn các nguyên tố. Ví dụ, khối quỹ đạo S là khu vực của các kim loại kiềm, nhóm đầu tiên trong bảng và nơi có sáu nguyên tố Lithium (Li), Rubidium (Rb), Kali (K), Natri (Na), Francio ( Fr) và Caesium (Cs) và cả hydro (H), không phải là kim loại, mà là khí.

Nhóm nguyên tố này có một electron, thường dễ bị mất để tạo thành ion tích điện dương. Chúng là những kim loại hoạt động mạnh nhất và phản ứng mạnh nhất.

Hydrogen, trong trường hợp này là một chất khí, nhưng nó nằm trong nhóm 1 của Bảng các nguyên tố định kỳ vì nó cũng chỉ có một điện tử. Hydrogen có thể tạo thành các ion với một điện tích dương duy nhất, nhưng để đạt được điện tử đơn lẻ của nó đòi hỏi nhiều năng lượng hơn so với việc loại bỏ các electron khỏi các kim loại kiềm khác. Khi tạo thành hợp chất, hydro thường tạo liên kết cộng hóa trị.

Tuy nhiên, dưới áp lực rất cao, hydro trở thành kim loại và hoạt động giống như các thành phần còn lại trong nhóm của nó. Điều này xảy ra, ví dụ, bên trong lõi của hành tinh Sao Mộc.

Nhóm 2 tương ứng với các kim loại kiềm thổ, vì các oxit của chúng có tính kiềm. Trong số các yếu tố của nhóm này, chúng tôi tìm thấy Magiê (Mg) và Canxi (Ca). Quỹ đạo của chúng cũng thuộc cấp S.

Các kim loại chuyển tiếp, tương ứng với các nhóm từ 3 đến 12 trong Bảng tuần hoàn, có quỹ đạo loại D.

Các nguyên tố đi từ nhóm 13 đến 18 trong bảng tương ứng với P. quỹ đạo. Và cuối cùng, các yếu tố được gọi là lanthanides và actinide có quỹ đạo tên F.

Vị trí của electron trong quỹ đạo

Các electron được tìm thấy trong quỹ đạo của nguyên tử như một cách để giảm năng lượng. Do đó, nếu bạn tìm cách tăng năng lượng, các electron sẽ lấp đầy các quỹ đạo chính, di chuyển ra khỏi hạt nhân của nguyên tử.

Chúng ta phải xem xét rằng các điện tử có một thuộc tính nội tại được gọi là spin. Đây là một khái niệm lượng tử xác định, trong số những thứ khác, spin của electron trong quỹ đạo. Điều gì là thiết yếu để xác định vị trí của bạn trong các cấp độ năng lượng.

Các quy tắc xác định vị trí của các electron trong quỹ đạo của nguyên tử là như sau:

• Nguyên lý của Aufbau: Electron đi vào quỹ đạo có năng lượng thấp hơn trước. Nguyên tắc này dựa trên sơ đồ mức năng lượng của các nguyên tử nhất định.

• Nguyên lý loại trừ Pauli: Một quỹ đạo nguyên tử có thể mô tả ít nhất hai electron. Điều này có nghĩa là chỉ có hai electron có spin electron khác nhau mới có thể chiếm quỹ đạo nguyên tử.

Điều này ngụ ý rằng một quỹ đạo nguyên tử là một trạng thái năng lượng.

• Quy tắc của Hund: Khi các electron chiếm các quỹ đạo có cùng năng lượng, các electron sẽ vào quỹ đạo trống trước. Điều này có nghĩa là các electron thích các spin song song trong các quỹ đạo riêng biệt của các cấp phụ năng lượng.

Các electron sẽ lấp đầy tất cả các quỹ đạo trong các tầng dưới trước khi gặp các spin đối diện.

Cấu hình điện tử đặc biệt

Ngoài ra còn có các nguyên tử với các trường hợp đặc biệt của cấp dưới năng lượng. Khi hai electron chiếm cùng quỹ đạo, chúng không chỉ có các spin khác nhau (như được chỉ ra bởi nguyên tắc Loại trừ Pauli), mà sự liên kết của các electron hơi làm tăng năng lượng.

Trong trường hợp của các cấp phụ năng lượng, một cấp phụ đầy đủ và một cấp đầy đủ làm giảm năng lượng của nguyên tử. Điều này dẫn đến nguyên tử có độ ổn định cao hơn.

Tài liệu tham khảo

1. Cấu hình điện tử. Lấy từ Wikipedia.com.
2. Cấu hình điện tử Giới thiệu. Lấy từ chem.libretexts.org.
3. Quỹ đạo và trái phiếu. Lấy từ chem.fsu.edu.
4. Bảng tuần hoàn, các yếu tố nhóm chính. Lấy từ newworldencyclopedia.org.
5. Nguyên tắc cấu hình điện. Phục hồi từ sartep.com.
6. Cấu hình điện tử của các yếu tố. Lấy từ khoa học.uwaterloo.ca.
7. Quay điện tử. Lấy từ hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.