สัญกรณ์สเปกตรัมคืออะไร?

สัญกรณ์สเปกตรัม หรือการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์คือการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานรอบ ๆ นิวเคลียสของอะตอม.

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

โดยทั่วไปการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ใช้เพื่ออธิบาย orbitals ของอะตอมในสถานะพื้น แต่ยังสามารถใช้เพื่อเป็นตัวแทนของอะตอมที่ได้รับการไอออนไนซ์ในไอออนบวกหรือประจุลบชดเชยการสูญเสียหรือการได้รับอิเล็กตรอนในวงโคจรของตน.

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีขององค์ประกอบหลายอย่างสามารถสัมพันธ์กับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ได้.

อิเล็กตรอนของวาเลนซ์อิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดเป็นปัจจัยกำหนดสำหรับคุณสมบัติทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ขององค์ประกอบ (การกำหนดค่าอิเล็กตรอนและคุณสมบัติของอะตอมเอสเอฟ).

เมื่ออิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดของอะตอมได้รับพลังงานบางชนิดพวกมันจะเคลื่อนที่ไปสู่ชั้นพลังงานที่สูงขึ้น ดังนั้นอิเล็กตรอนในชั้น K จะถูกถ่ายโอนไปยังชั้น L ในขณะที่อยู่ในสถานะพลังงานที่สูงขึ้น.

เมื่ออิเล็กตรอนกลับสู่สภาพพื้นดินมันจะปล่อยพลังงานที่ดูดซับโดยการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (แสง) เนื่องจากแต่ละอะตอมมีการกำหนดค่าทางอิเล็คทรอนิคส์ที่เฉพาะเจาะจงก็จะมีสเปกตรัมเฉพาะที่จะเรียกว่าสเปกตรัมการดูดซับ (หรือการปล่อย).

ด้วยเหตุผลนี้คำว่าสัญกรณ์สเปกตรัมจะถูกใช้เพื่ออ้างถึงการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ (Spectroscopic Notation, S.F. ).

วิธีการตรวจสอบสัญกรณ์สเปกตรัม: หมายเลขควอนตัม

จำนวนควอนตัมสี่ตัวใช้เพื่ออธิบายการเคลื่อนไหวและวิถีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนแต่ละตัวในอะตอม.

การรวมกันของตัวเลขควอนตัมทั้งหมดของอิเล็กตรอนทั้งหมดในอะตอมอธิบายโดยฟังก์ชันคลื่นที่สอดคล้องกับสมการชโรดิงเงอร์ อิเล็กตรอนแต่ละตัวในอะตอมมีชุดของตัวเลขควอนตัมที่เป็นเอกลักษณ์.

ตามหลักการกีดกันของ Pauli อิเล็กตรอนสองตัวไม่สามารถมีการรวมกันของตัวเลขควอนตัมสี่ตัวเดียวกันได้.

จำนวนควอนตัมมีความสำคัญเนื่องจากสามารถใช้เพื่อกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมและตำแหน่งที่เป็นไปได้ของอิเล็กตรอนของอะตอม.

จำนวนควอนตัมยังใช้เพื่อกำหนดลักษณะอื่น ๆ ของอะตอมเช่นพลังงานไอออไนเซชันและรัศมีอะตอม.

ตัวเลขควอนตัมกำหนดเปลือกเฉพาะชั้นย่อยวงโคจรและการบิดอิเล็กตรอน.

ซึ่งหมายความว่าพวกเขาอธิบายลักษณะของอิเล็กตรอนในอะตอมอย่างสมบูรณ์นั่นคือพวกเขาอธิบายถึงวิธีการแก้ปัญหาที่ไม่ซ้ำกันในสมการชโรดิงเงอร์หรือฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอนในอะตอม.

มีทั้งหมดสี่หมายเลขควอนตัม: จำนวนควอนตัมหลัก (n), จำนวนควอนตัมของโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจร (l), จำนวนควอนตัมแม่เหล็ก (มล.) และจำนวนควอนตัมของการหมุนของอิเล็กตรอน (ms).

หมายเลขควอนตัมหลักคือ nn อธิบายพลังงานของอิเล็กตรอนและระยะทางที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดของอิเล็กตรอนจากนิวเคลียส มันหมายถึงขนาดของวงโคจรและระดับพลังงานที่วางอิเล็กตรอน.

จำนวนของ sublayers หรือ ll อธิบายรูปร่างของ orbital นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อกำหนดจำนวนโหนดเชิงมุม.

หมายเลขควอนตัมแม่เหล็ก, มล., อธิบายระดับพลังงานใน sublayer และ ms หมายถึงการหมุนของอิเล็กตรอนซึ่งสามารถขึ้นหรือลง (Anastasiya Kamenko, 2017).

หลักการของ Aufbau

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

เมื่อเราเขียนโครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมเราจะเติม orbitals เพื่อเพิ่มจำนวนอะตอม.

หลักการของ Aufbau มาจากหลักการกีดกันของ 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 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).

กฎของ Hund

ส่วน Aufbau กล่าวถึงวิธีที่อิเล็กตรอนเติม orbitals พลังงานที่ต่ำกว่าก่อนแล้วจึงเลื่อนขึ้นไปที่ orbitals พลังงานที่สูงขึ้นหลังจากที่ orbitals พลังงานที่ต่ำกว่าเต็ม.

อย่างไรก็ตามมีปัญหากับกฎนี้ แน่นอนว่าวงโคจรของ 1s นั้นจะต้องถูกเติมเต็มก่อนวงโคจรของ 2s เนื่องจากวงโคจรของ 1s นั้นมีค่าที่ต่ำกว่าของ n ดังนั้นจึงเป็นพลังงานที่ลดลง.

และวงโคจร 2p ที่แตกต่างกันสามแบบ? พวกเขาควรจะเติมอะไรในลำดับ? คำตอบสำหรับคำถามนี้เกี่ยวข้องกับกฎของ Hund.

กฎของ Hund ระบุว่า:

- แต่ละวงโคจรในระดับย่อยจะถูกครอบครองเป็นรายบุคคลก่อนที่วงใด ๆ จะถูกครอบครองเป็นสองเท่า.

- อิเล็กตรอนทุกตัวในวงโคจรที่ถูกจับเป็นรายบุคคลมีการหมุนเหมือนกัน (เพื่อเพิ่มการหมุนทั้งหมด).

เมื่ออิเล็กตรอนถูกกำหนดให้กับวงโคจรอิเล็กตรอนจะพยายามเติมเต็มวงโคจรทั้งหมดด้วยพลังงานที่คล้ายกัน (เรียกอีกอย่างว่าวงโคจรเสื่อมโทรม) ก่อนที่จะจับคู่กับอิเล็กตรอนอีกวงหนึ่งในวงครึ่งเต็ม.

อะตอมในพื้นดินมีแนวโน้มที่จะมีอิเล็กตรอน unpaired ให้ได้มากที่สุด เมื่อมองเห็นกระบวนการนี้ให้พิจารณาว่าอิเล็กตรอนมีพฤติกรรมเช่นเดียวกับขั้วแม่เหล็กเดียวกันในแม่เหล็กอย่างไรหากพวกมันสัมผัสกัน.

เมื่ออิเล็กตรอนที่มีประจุลบนั้นเติมเต็มวงโคจรพวกมันพยายามที่จะให้ไกลที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จากกันและกันก่อนที่พวกมันจะต้องเข้าคู่กัน (กฎของ Hund, 2015).

การอ้างอิง

1. Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, 24 มีนาคม). ตัวเลขควอนตัม. สืบค้นจาก chem.libretexts.org.
2. หลักการ Aufbau. (2015, 3 มิถุนายน) สืบค้นจาก chem.libretexts.org.
3. การกำหนดค่าอิเล็กตรอนและคุณสมบัติของอะตอม. ( S.F. ) สืบค้นจาก oneonta.edu.
4. สารานุกรมบริแทนนิกา (2011, 7 กันยายน). การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์. กู้คืนจาก britannica.com.
5. Helmenstine, T. (2017, 7 มีนาคม). หลักการ Aufbau - โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และหลักการ Aufbau. ดึงมาจาก thinkco.com.
6. กฎของ Hund. (2015, 18 กรกฎาคม) สืบค้นจาก chem.libretexts.org.
7. สัญกรณ์สเปกโทรสโกปี. ( S.F. ) เรียกดูจาก bcs.whfreeman.com.