Konfigurasi elektron, atau cara pengagihan elektron dalam atom

Atom dan strukturnya

Zarah individu yang membentuk jirim adalah atom. Semua yang mengelilingi kita adalah atom. Unsur-unsur adalah jumlah atom mereka – besi diperbuat daripada atom besi, tembaga diperbuat daripada atom kuprum, dan lain-lain. Jadi atom terdiri daripada apa? Kebanyakan kita tahu jawapannya: proton bercas positif, elektron bercas negatif, dan neutron tanpa sebarang cas. Adakah ini jawapan yang betul? Sudah tentu, tetapi jika kita melihat atom seperti yang dilakukan oleh ahli kimia, kita menjawab bahawa atom terdiri daripada dua unsur asas: nukleus dan awan elektron di sekelilingnya.

Nukleus atom

Nukleus atom adalah pusatnya dan merupakan bahagian terpentingnya. Ia terdiri daripada proton (bercas positif) dan neutron (netral secara elektrik). Ini bukan komponen yang tidak boleh dibahagikan. Kedua-dua proton dan neutron mempunyai struktur dalaman – ia diperbuat daripada zarah yang lebih kecil dipanggil quark. Sebuah proton terdiri daripada dua quark atas dan satu quark bawah. Walau bagaimanapun, neutron mempunyai satu kuark atas dan dua kuark bawah dalam strukturnya.

Awan elektron

Atom tidak mempunyai tepi yang jelas – ini disebabkan oleh kehadiran awan elektron. Awan elektron ialah kawasan dengan kebarangkalian terbesar kehadiran elektron (penting: laluan di mana elektron bergerak tidak dapat ditentukan dengan jelas. Ia hanya mungkin untuk menentukan kebarangkalian untuk menemuinya di kawasan yang berbeza di angkasa). Awan elektron terdiri daripada elektron yang mengorbit di sekeliling nukleus atom. Betul-betul di sebelah nukleus, ketumpatan awan elektron adalah yang paling tinggi, manakala semakin jauh dari nukleus, awan semakin tersebar.

Penerangan kuantum atom

Keadaan setiap elektron dalam atom diterangkan oleh fungsi gelombang. Fungsi gelombang adalah penyelesaian matematik kepada persamaan Schrödinger. Sebaliknya, persamaan ini boleh diselesaikan jika beberapa syarat asas diperkenalkan. Atas sebab ini, nombor kuantum telah digunakan. Nombor kuantum yang secara unik menerangkan keadaan kuantum setiap elektron dalam atom tertentu dicirikan secara ringkas di bawah:

• nombor kuantum utama n :

bertanggungjawab untuk tenaga elektron. Mempunyai nilai nombor asli berturut-turut. Ia boleh berjulat dari 1 hingga infiniti. Dalam amalan, ini tidak berlaku dan selalunya n berjulat dari 1 hingga 7. Tahap dengan nombor kuantum utama yang sama dipanggil kulit elektron.

• nombor kuantum azimut l :

mentakrifkan tenaga dengan lebih tepat. Nilai nombor kuantum azimut menentukan subkulit bagi kulit atom tertentu. Bentuk orbital atom juga bergantung pada nilai nombor ini. Nombor kuantum azimut mempunyai nilai dari sifar hingga ( n -1).

• nombor kuantum magnet m :

nilai nombor kuantum magnet bergantung kepada nombor kuantum azimut. Nombor kuantum magnetik m mempunyai nilai dari – l hingga l (termasuk 0). Terima kasih kepada pengetahuan tentang nombor kuantum magnetik, kedudukan bersama orbital di angkasa ditentukan, yang memberikan maklumat tentang bilangan orbital pada sub-peringkat tertentu.

• nombor kuantum putaran:

semasa bergerak mengelilingi nukleus atom, elektron juga bergerak mengelilingi paksinya sendiri. Pergerakan ini dipanggil putaran dan nombor kuantum putaran dikaitkan dengannya. Ia hanya mempunyai dua nilai: + ½ dan – ½. Setiap orbital atom mungkin mengandungi dua elektron dengan nilai nombor kuantum spin yang berbeza. Apabila menerangkan nombor kuantum, adalah mustahil untuk tidak menyebut salah satu undang-undang asas dalam kimia, iaitu prinsip pengecualian Pauli . Menurut prinsip ini, atom tidak boleh mengandungi dua elektron dengan nombor kuantum yang sama. Elektron dalam atom mesti berbeza dalam nilai sekurang-kurangnya satu nombor kuantum.

Cangkang elektron dan subkulit

Nukleus atom dikelilingi oleh awan elektron di mana, dengan kebarangkalian tertentu, elektron boleh ditemui. Elektron ini disusun pada kulit elektron yang sesuai. Ringkasnya, kulit elektron adalah tahap dengan nombor kuantum utama yang sama n . Cangkang yang paling jauh dari nukleus atom dipanggil cangkang valensi – elektron yang mengorbit pada cangkang ini dipanggil elektron valensi (mereka mencipta ikatan kimia antara atom unsur yang berbeza atau atom unsur yang sama). Setiap kulit elektron dikenal pasti dengan satu huruf. Jadi, untuk n = 1, hurufnya K, untuk n = 2 hurufnya L, dll (untuk n 1 hingga 7, hurufnya: K hingga Q). Setiap kulit elektron dalam atom terdiri daripada subkulit. Subkulit ditakrifkan oleh nombor kuantum azimut l . Pada subkulit, terdapat elektron yang mempunyai nilai tenaga yang sama dengan tepat. Subkulit juga mempunyai ‘kapasiti’ tertentu – ia boleh mengandungi 2*(2* l +1), dengan l ialah nombor kuantum azimut. Subkulit juga mempunyai sebutan huruf: s, p, d, f, g, h, dsb.

Konfigurasi elektron

Untuk penentuan yang betul bagi konfigurasi elektron dalam atom, adalah perlu untuk mengetahui susunan aras tenaga (urutan subkulit dan kulit individu mengikut nilai tenaga yang meningkat). Konfigurasi hanyalah penugasan elektron individu kepada tahap tenaga. Terdapat dua keadaan tenaga atom: keadaan dasar dan keadaan teruja . Kami memerhati keadaan dasar apabila elektron diedarkan pada orbital individu mengikut peraturan pengembangan. Ia kemudian mempunyai tenaga yang paling rendah. Jika atom menerima sejumlah tenaga, maka elektron boleh dipindahkan dari orbital tenaga rendah ke orbital bebas tenaga lebih tinggi – maka kita bercakap tentang keadaan teruja atom. Oleh itu, untuk mencari konfigurasi elektron yang betul bagi atom dalam keadaan dasar, orbital individu mesti diisi mengikut tenaga yang semakin meningkat, memerhatikan prinsip pengecualian Pauli. Menurut prinsip-prinsip ini, apa yang dipanggil tatatanda konfigurasi penuh yang memaparkan nombor kulit berturut-turut, sebutan huruf subkulit berturut-turut dan tatatanda bilangan elektron dalam orbital tertentu, dicipta. Notasi konfigurasi elektron yang disingkat pada mulanya mengandungi teras dalam bentuk konfigurasi elektronik gas mulia , yang ditambah dengan elektron yang tinggal.