Chia sẻ:
Ký hiệu quang phổ là gì?
các ký hiệu quang phổ ocấu hình điện tử là sự sắp xếp các electron ở các mức năng lượng xung quanh hạt nhân của nguyên tử.
Xét về mô hình cơ học lượng tử tinh tế hơn, các lớp K-Q được chia thành một tập hợp các quỹ đạo, mỗi lớp có thể bị chiếm không quá một cặp electron (Encyclopædia Britannica, 2011).
Thông thường, cấu hình điện tử được sử dụng để mô tả quỹ đạo của nguyên tử ở trạng thái cơ bản, nhưng nó cũng có thể được sử dụng để đại diện cho một nguyên tử đã bị ion hóa trong cation hoặc anion, bù cho sự mất hoặc thu của electron trong quỹ đạo tương ứng của chúng.
Nhiều tính chất vật lý và hóa học của các nguyên tố có thể tương quan với cấu hình điện tử độc đáo của chúng.
Các electron hóa trị, các electron ở lớp ngoài cùng, là yếu tố quyết định cho tính chất hóa học duy nhất của nguyên tố (Cấu hình electron và tính chất của các nguyên tử, S.F.).
Khi các electron ở lớp ngoài cùng của một nguyên tử nhận năng lượng thuộc loại nào đó, chúng sẽ di chuyển đến các lớp năng lượng cao hơn. Do đó, một electron trong lớp K sẽ được chuyển sang lớp L trong khi ở trạng thái năng lượng cao hơn.
Khi electron trở về trạng thái cơ bản, nó giải phóng năng lượng mà nó hấp thụ bằng cách phát ra phổ điện từ (ánh sáng). Vì mỗi nguyên tử có một cấu hình điện tử cụ thể, nó cũng sẽ có một phổ cụ thể sẽ được gọi là phổ hấp thụ (hoặc phát xạ)..
Vì lý do này, thuật ngữ ký hiệu phổ được sử dụng để chỉ cấu hình điện tử (Ký hiệu phổ, S.F.).
Cách xác định ký hiệu phổ: số lượng tử
Tổng cộng có bốn số lượng tử được sử dụng để mô tả đầy đủ chuyển động và quỹ đạo của mỗi electron trong một nguyên tử.
Sự kết hợp của tất cả các số lượng tử của tất cả các electron trong nguyên tử được mô tả bởi hàm sóng tuân theo phương trình Schrödinger. Mỗi electron trong nguyên tử có một bộ số lượng tử duy nhất.
Theo Nguyên lý loại trừ Pauli, hai electron không thể chia sẻ cùng một tổ hợp bốn số lượng tử.
Số lượng tử rất quan trọng vì chúng có thể được sử dụng để xác định cấu hình điện tử của nguyên tử và vị trí có khả năng của các electron của nguyên tử.
Số lượng tử cũng được sử dụng để xác định các đặc tính khác của nguyên tử, như năng lượng ion hóa và bán kính nguyên tử.
Số lượng tử chỉ định các lớp vỏ, lớp con, quỹ đạo và xoắn điện tử cụ thể.
Điều này có nghĩa là họ mô tả hoàn toàn các đặc tính của electron trong nguyên tử, nghĩa là họ mô tả từng giải pháp duy nhất cho phương trình Schrödinger, hoặc hàm sóng của các electron trong nguyên tử.
Có tổng cộng bốn số lượng tử: số lượng tử chính (n), số lượng tử của động lượng góc quỹ đạo (l), số lượng tử từ tính (ml) và số lượng tử của spin của electron (ms).
Số lượng tử chính, nn, mô tả năng lượng của một electron và khoảng cách có thể xảy ra nhất của electron từ hạt nhân. Nói cách khác, nó đề cập đến kích thước của quỹ đạo và mức năng lượng mà tại đó một electron được đặt.
Số lượng các lớp con, hoặc ll, mô tả hình dạng của quỹ đạo. Nó cũng có thể được sử dụng để xác định số lượng các nút góc.
Số lượng tử từ tính, ml, mô tả các mức năng lượng trong một lớp con và ms đề cập đến spin trên electron, có thể tăng hoặc giảm (Anastasiya Kamenko, 2017).
Nguyên tắc của Aufbau
Aufbau xuất phát từ tiếng Đức "Aufbauen" có nghĩa là "xây dựng". Về bản chất, khi viết cấu hình electron, chúng ta đang xây dựng quỹ đạo electron khi chúng ta di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.
Khi chúng ta viết cấu hình điện tử của một nguyên tử, chúng ta sẽ điền vào các quỹ đạo theo thứ tự tăng dần số nguyên tử.
Nguyên tắc của Aufbau bắt nguồn từ nguyên tắc loại trừ của Pauli nói rằng không có hai fermion (ví dụ, electron) trong một nguyên tử.
Chúng có thể có cùng một bộ số lượng tử, vì vậy chúng phải "xếp chồng lên nhau" ở mức năng lượng cao hơn. Làm thế nào các electron tích lũy là một chủ đề của cấu hình electron (Nguyên lý Aufbau, 2015).
Các nguyên tử ổn định có nhiều electron như các proton làm trong hạt nhân. Các electron tập hợp xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo lượng tử theo bốn quy tắc cơ bản gọi là nguyên lý Aufbau.
- Không có hai electron trong nguyên tử có chung bốn số lượng tử n, l, m và s.
- Các electron sẽ chiếm quỹ đạo của mức năng lượng thấp nhất trước tiên.
- Các electron sẽ luôn lấp đầy các quỹ đạo với cùng số spin. Khi quỹ đạo đầy, nó sẽ bắt đầu.
- Các electron sẽ điền vào quỹ đạo bằng tổng các số lượng tử n và l. Các quỹ đạo có giá trị bằng (n + l) sẽ được điền trước với giá trị n thấp hơn.
Các quy tắc thứ hai và thứ tư về cơ bản là giống nhau. Một ví dụ về quy tắc bốn sẽ là quỹ đạo 2p và 3s.
Một quỹ đạo 2p là n = 2 và l = 2 và quỹ đạo 3s là n = 3 và l = 1. (N + l) = 4 trong cả hai trường hợp, nhưng quỹ đạo 2p có năng lượng thấp nhất hoặc giá trị thấp nhất n và sẽ được điền trước Lớp 3s.
May mắn thay, sơ đồ Moeller được hiển thị trong Hình 2 có thể được sử dụng để điền vào các điện tử. Biểu đồ được đọc bằng cách thực hiện các đường chéo từ 1s.
Hình 2 cho thấy các quỹ đạo nguyên tử và các mũi tên đi theo con đường để đi theo.
Bây giờ người ta đã biết rằng thứ tự của các quỹ đạo đã đầy, điều duy nhất còn lại là ghi nhớ kích thước của mỗi quỹ đạo.
Quỹ đạo S có 1 giá trị có thể là mtôi để chứa 2 electron
Quỹ đạo P có 3 giá trị có thể là mtôi để chứa 6 electron
D quỹ đạo có 5 giá trị có thể của mtôi để chứa 10 electron
Quỹ đạo F có 7 giá trị có thể của mtôi để chứa 14 electron
Đây là tất cả những gì cần thiết để xác định cấu hình điện tử của một nguyên tử ổn định của một nguyên tố.
Ví dụ, lấy nguyên tố nitơ. Nitơ có bảy proton và do đó bảy electron. Quỹ đạo đầu tiên cần điền là quỹ đạo 1s. Một quỹ đạo có hai electron, vì vậy có năm electron còn lại.
Quỹ đạo tiếp theo là quỹ đạo 2s và chứa hai quỹ đạo tiếp theo. Ba electron cuối cùng sẽ đi đến quỹ đạo 2p có thể chứa tới sáu electron (Helmenstine, 2017).
Quy tắc Hund
Phần Aufbau đã thảo luận về cách các electron lấp đầy quỹ đạo năng lượng thấp hơn trước và sau đó di chuyển lên quỹ đạo năng lượng cao hơn chỉ sau khi quỹ đạo năng lượng thấp hơn đầy đủ.
Tuy nhiên, có một vấn đề với quy tắc này. Chắc chắn, các quỹ đạo 1s phải được điền trước các quỹ đạo 2s, bởi vì các quỹ đạo 1s có giá trị n thấp hơn, và do đó năng lượng thấp hơn.
Và ba quỹ đạo 2p khác nhau? Theo thứ tự chúng nên được điền vào? Câu trả lời cho câu hỏi này liên quan đến quy tắc của Hund.
Quy tắc của Hund nói rằng:
- Mỗi quỹ đạo trong một cấp độ phụ được chiếm giữ riêng lẻ trước khi bất kỳ quỹ đạo nào bị chiếm đóng.
- Tất cả các electron trong các quỹ đạo riêng lẻ có cùng một spin (để tối đa hóa tổng spin).
Khi các electron được gán cho các quỹ đạo, trước tiên, một electron tìm cách lấp đầy tất cả các quỹ đạo có năng lượng tương tự (còn gọi là quỹ đạo suy biến) trước khi ghép với một electron khác trong quỹ đạo nửa đầy.
Các nguyên tử ở trạng thái cơ bản có xu hướng có càng nhiều electron chưa ghép cặp càng tốt. Khi hình dung quá trình này, hãy xem xét cách các electron thể hiện hành vi tương tự như các cực giống nhau trong một nam châm nếu chúng tiếp xúc.
Khi các electron tích điện âm lấp đầy quỹ đạo, trước tiên chúng cố gắng càng xa nhau càng tốt trước khi chúng phải giao phối (Quy tắc của Hund, 2015).
Tài liệu tham khảo
- Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, ngày 24 tháng 3). Số lượng tử. Lấy từ chem.libretexts.org.
- Nguyên tắc Aufbau. (2015, ngày 3 tháng 6). Lấy từ chem.libretexts.org.
- Cấu hình electron và tính chất của nguyên tử. (S.F.). Lấy từ oneonta.edu.
- Bách khoa toàn thư Britannica. (2011, ngày 7 tháng 9). Cấu hình điện tử. Phục hồi từ britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, ngày 7 tháng 3). Nguyên lý Aufbau - Cấu trúc điện tử và Nguyên tắc Aufbau. Lấy từ thinkco.com.
- Quy tắc của Hund. (2015, ngày 18 tháng 7). Lấy từ chem.libretexts.org.
- Ký hiệu quang phổ. (S.F.). Lấy từ bcs.whfreeman.com.