การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกคืออะไร

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์, เรียกอีกอย่างว่าโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์คือการจัดเรียงของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานรอบ ๆ นิวเคลียสของอะตอม.

ตามแบบจำลองอะตอมโบราณของ Bohr อิเล็กตรอนครอบครองหลายระดับในวงโคจรรอบนิวเคลียสจากชั้นแรกที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียส K ถึงชั้นที่เจ็ดซึ่งเป็นระยะที่ไกลที่สุดจากนิวเคลียส.

ในแง่ของรูปแบบเชิงกลเชิงควอนตัมที่ละเอียดกว่าเลเยอร์ K-Q จะถูกแบ่งออกเป็นชุดของวงโคจรซึ่งแต่ละอิเล็กตรอนสามารถครอบครองได้ไม่เกินหนึ่งคู่ (Encyclopædia Britannica, 2011).

โดยทั่วไปการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ใช้เพื่ออธิบาย orbitals ของอะตอมในสถานะพื้น แต่ยังสามารถใช้เพื่อเป็นตัวแทนของอะตอมที่ได้รับการไอออนไนซ์ในไอออนบวกหรือประจุลบชดเชยการสูญเสียหรือการได้รับอิเล็กตรอนในวงโคจรของตน.

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีขององค์ประกอบหลายอย่างสามารถสัมพันธ์กับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ได้ อิเล็กตรอนของวาเลนซ์ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดเป็นปัจจัยกำหนดสำหรับคุณสมบัติทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ขององค์ประกอบ.

แนวคิดพื้นฐานของการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์

ก่อนที่จะกำหนดอิเล็กตรอนของอะตอมให้กับวงโคจรเราต้องทำความคุ้นเคยกับแนวคิดพื้นฐานของการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ องค์ประกอบแต่ละส่วนของตารางธาตุประกอบด้วยอะตอมซึ่งประกอบด้วยโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอน.

อิเล็กตรอนแสดงประจุลบและพบรอบนิวเคลียสของอะตอมในวงโคจรของอิเล็กตรอนซึ่งกำหนดเป็นปริมาตรของพื้นที่ซึ่งอิเล็กตรอนสามารถพบได้ภายในความน่าจะเป็น 95%.

วงโคจรสี่ประเภทที่แตกต่างกัน (s, p, d, และ f) มีรูปร่างที่แตกต่างกันและวงโคจรสามารถมีอิเล็กตรอนได้สูงสุดสองตัว วงโคจร p, d และ f มีระดับย่อยต่างกันดังนั้นพวกมันจึงอาจมีอิเลคตรอนมากขึ้น.

ตามที่ระบุไว้การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละองค์ประกอบนั้นไม่ซ้ำกันสำหรับตำแหน่งในตารางธาตุ ระดับพลังงานจะถูกกำหนดตามช่วงเวลาและจำนวนอิเล็กตรอนจะถูกกำหนดโดยเลขอะตอมขององค์ประกอบ.

วงโคจรที่ระดับพลังงานต่างกันมีความคล้ายคลึงกัน แต่มีพื้นที่ต่าง ๆ ในอวกาศ.

1s orbital และ 2s orbital มีลักษณะของ s (orbital s), โหนดรัศมี, ความน่าจะเป็นของปริมาตรทรงกลม, พวกมันมีอิเล็กตรอนได้เพียงสองตัวเท่านั้น แต่เมื่อพวกมันถูกพบในระดับพลังงานที่แตกต่างกันพวกมันจะใช้พื้นที่รอบนิวเคลียสต่างกัน แต่ละวงโคจรสามารถแสดงโดยบล็อกที่ระบุในตารางธาตุ.

บล็อก s เป็นพื้นที่ของโลหะอัลคาไลรวมถึงฮีเลียม (กลุ่ม 1 และ 2) บล็อก d เป็นโลหะทรานซิชัน (กลุ่ม 3 ถึง 12) บล็อก p เป็นองค์ประกอบของกลุ่มหลักของกลุ่ม 13 ถึง 18 , และบล็อค f คือซีรีย์ lanthanide และ actinide (Faizi, 2016).

รูปที่ 1: องค์ประกอบของตารางธาตุและช่วงเวลาที่แตกต่างกันไปตามระดับพลังงานของวงโคจร.

หลักการของ Aufbau

Aufbau มาจากคำภาษาเยอรมัน "Aufbauen" ซึ่งแปลว่า "สร้าง" ในสาระสำคัญเมื่อเขียนการกำหนดค่าอิเล็กตรอนเรากำลังสร้าง orbitals อิเล็กตรอนในขณะที่เราย้ายจากอะตอมหนึ่งไปยังอีก.

เมื่อเราเขียนโครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมเราจะเติม orbitals เพื่อเพิ่มจำนวนอะตอม.

หลักการของ Aufbau นั้นมาจากหลักการกีดกันของ Pauli ที่กล่าวว่าไม่มีเฟอร์มิออนสองตัว (เช่นอิเล็กตรอน) ในอะตอม พวกเขาอาจมีหมายเลขควอนตัมชุดเดียวกันดังนั้นพวกเขาจึงต้อง "กอง" ในระดับพลังงานที่สูงขึ้น.

อิเล็กตรอนสะสมเป็นเรื่องของการจัดเรียงอิเล็กตรอนอย่างไร (หลักการของ Aufbau, 2015).

อะตอมที่เสถียรมีอิเล็กตรอนมากพอ ๆ กับโปรตอนในนิวเคลียส อิเล็กตรอนรวมตัวกันรอบนิวเคลียสในวงโคจรควอนตัมตามกฎพื้นฐานสี่ข้อที่เรียกว่าหลักการ Aufbau.

1. ไม่มีอิเล็กตรอนสองตัวในอะตอมที่มีตัวเลขควอนตัมสี่ตัวที่เหมือนกันคือ n, l, m และ s.
2. อิเล็กตรอนจะเข้าสู่วงโคจรของระดับพลังงานต่ำสุดก่อน.
3. อิเล็กตรอนจะเติมวงโคจรที่มีจำนวนสปินเท่ากันเสมอ เมื่อวงโคจรเต็มมันก็จะเริ่มขึ้น.
4. อิเล็กตรอนจะเติมวงโคจรด้วยผลรวมของจำนวนควอนตัม n และ l วงโคจรที่มีค่าเท่ากัน (n + l) จะถูกเติมก่อนด้วยค่าที่ต่ำกว่า.

กฎข้อที่สองและสี่นั้นเหมือนกัน ตัวอย่างของกฎข้อที่สี่จะเป็นวงโคจร 2p และ 3s.

วงโคจร 2p คือ n = 2 และ l = 2 และวงโคจร 3s คือ n = 3 และ l = 1 (N + l) = 4 ในทั้งสองกรณี แต่วงโคจร 2p มีพลังงานต่ำสุดหรือค่าต่ำสุด n และจะเต็มก่อน ชั้น 3s.

โชคดีที่แผนภาพ Moeller ที่แสดงในรูปที่ 2 สามารถใช้เติมอิเล็กตรอนได้ กราฟถูกอ่านโดยเรียกใช้ diagonals จาก 1s.

รูปที่ 2: แผนภาพ Moeller ของการเติมการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์.

รูปที่ 2 แสดงวงโคจรปรมาณูและลูกศรตามเส้นทางที่จะติดตาม.

ตอนนี้เป็นที่ทราบกันแล้วว่าคำสั่งของวงโคจรเต็มแล้วสิ่งเดียวที่เหลืออยู่คือการจดจำขนาดของวงโคจรแต่ละวง.

S orbitals มีค่าที่เป็นไปได้ 1 ค่าของ m_ล. ประกอบด้วย 2 อิเล็กตรอน

P orbitals มี 3 ค่าที่เป็นไปได้ของ m_ล. ประกอบด้วย 6 อิเล็กตรอน

วงโคจร D มีค่าที่เป็นไปได้ 5 ค่าของ m_ล. ประกอบด้วย 10 อิเล็กตรอน

F orbitals มี 7 ค่าที่เป็นไปได้ของ m_ล. ประกอบด้วย 14 อิเล็กตรอน

นี่คือทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมที่เสถียรขององค์ประกอบ.

ตัวอย่างเช่นรับธาตุไนโตรเจน ไนโตรเจนมีโปรตอนเจ็ดตัวดังนั้นจึงมีอิเล็กตรอนเจ็ดตัว การโคจรครั้งแรกเพื่อเติมคือ 1s การโคจร.

การโคจรมีอิเล็กตรอนสองตัวดังนั้นจึงเหลืออิเล็กตรอนอีกห้าตัว วงโคจรถัดไปคือวงโคจร 2s และมีวงโคจรถัดไปสองวง อิเล็คตรอนสุดท้ายทั้งสามจะไปที่วงโคจร 2p ที่สามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้มากถึงหกตัว (Helmenstine, 2017).

ความสำคัญของการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก

การกำหนดค่าอิเล็กตรอนมีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติของอะตอม.

อะตอมทั้งหมดของกลุ่มเดียวกันมีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกเดียวกันยกเว้นเลขอะตอมมิกนั่นคือเหตุผลที่พวกเขามีคุณสมบัติทางเคมีที่คล้ายกัน.

ปัจจัยสำคัญบางประการที่มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของอะตอมรวมถึงขนาดของวงโคจรที่ใหญ่ที่สุดที่ถูกครอบครองพลังงานของวงโคจรพลังงานที่สูงขึ้นจำนวนตำแหน่งว่างวงโคจรและจำนวนอิเล็กตรอนในวงโคจรพลังงานที่สูงขึ้น (การกำหนดค่าอิเล็กตรอนและ คุณสมบัติของอะตอม, SF).

คุณสมบัติของอะตอมส่วนใหญ่สามารถสัมพันธ์กับระดับของความดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนภายนอกกับนิวเคลียสและจำนวนของอิเล็กตรอนในชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดจำนวนของอิเล็กตรอนของวาเลนซ์.

อิเล็กตรอนของชั้นนอกคือสิ่งที่สามารถสร้างพันธะเคมีโควาเลนต์ได้ซึ่งเป็นความสามารถในการไอออไนซ์ในการสร้างแคทไอออนหรือไอออนและเป็นผู้ที่ให้สถานะออกซิเดชันกับองค์ประกอบทางเคมี (Khan, 2014).

พวกเขาจะกำหนดรัศมีของอะตอมด้วย เมื่ออะตอมมีขนาดใหญ่ขึ้นรัศมีของอะตอมก็จะเพิ่มขึ้น เมื่ออะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนจะมีการหดตัวของรัศมีอะตอมเนื่องจากการลดลงของประจุลบรอบนิวเคลียส.

อิเล็กตรอนของชั้นนอกคือสิ่งที่ถูกนำมาพิจารณาโดยทฤษฎีพันธะวาเลนซ์ทฤษฎีสนามผลึกและทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลเพื่อให้ได้คุณสมบัติของโมเลกุลและไฮบริไดเซชั่นของพันธบัตร (Bozeman Science, 2013).

การอ้างอิง

1. หลักการ Aufbau. (2015, 3 มิถุนายน) สืบค้นจาก chem.libretexts: chem.libretexts.org.
2. วิทยาศาสตร์ Bozeman (2013, Agoto 4). การกำหนดค่าอิเล็กตรอน. นำมาจาก youtube: youtube.com.
3. การกำหนดค่าอิเล็กตรอนและคุณสมบัติของอะตอม. ( S.F. ) นำมาจาก oneonta.edu: oneonta.edu.
4. สารานุกรมบริแทนนิกา (2011, 7 กันยายน). การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์. นำมาจาก britannica: britannica.com.
5. Faizi, S. (2016, 12 กรกฎาคม). การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์. นำมาจาก chem.libretexts: chem.libretexts.org.
6. Helmenstine, T. (2017, 7 มีนาคม). หลักการ Aufbau - โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และหลักการ Aufbau. นำมาจาก thinkco: thoughtco.com.
7. Khan, S. (2014, 8 มิถุนายน). อิเล็กตรอนและพันธะที่มีค่า. นำมาจาก khanacademy: khanacademy.org.