תצורה אלקטרונית

ה חלוקה של אלקטרונים בתוך אטום או מולקולה מכונה 'התצורה האלקטרונית שלו', שמגדיר את רמות האנרגיה והאורביטלים שהאלקטרונים תופסים. המספר האטומי של יסוד, המקביל למספר הפרוטונים בגרעין האטום, קובע את התצורה האלקטרונית של היסוד.

כמות האלקטרונים בכל קליפה ותת-קליפה מיוצגת בדרך כלל על ידי רצף של מספרים ואותיות, כגון 1s 2s²2 עמ'⁶, כאשר מתארים את התצורה האלקטרונית של אטום. המספר הקוונטי העיקרי, המתאם לרמת האנרגיה או הקליפה של האלקטרון, מיוצג על ידי המספר הראשון ברצף. המספר הקוונטי של התנע הזוויתי קובע איזו אות אחרי המספר הקוונטי הראשי מציינת את תת-המעטפת או המסלול של האלקטרון.

דיאגרמת מסלול או מעטפת אלקטרונים, המציגה את סידור האלקטרונים בתוך רמות האנרגיה והאורביטלים של האטום, יכולה לשמש גם כדי לתאר את התצורה האלקטרונית של אטום. כל מסלול מסומל על ידי תיבה או עיגול בדיאגרמת מסלול, וכל אלקטרון מסומל על ידי חץ העולה או מטה כדי לציין את הספין שלו.

המבנה האלקטרוני של האטום ממלא תפקיד משמעותי בקביעת רבים מהמאפיינים הכימיים והפיזיקליים של היסוד. לדוגמה, התגובתיות של האטום, מאפייני הקשר והיכולת לקחת חלק בתגובות כימיות מושפעות כולם מכמות וסידור האלקטרונים שלו. כמות האנרגיה הדרושה לחילוץ אלקטרון מאטום ידועה כאנרגיית היינון שלו, אשר נקבעת גם על ידי התצורה האלקטרונית של האטום.

ניתן לחזות את מיקומו של יסוד בטבלה המחזורית, שהיא רשימה של היסודות המסודרים בסדר הולך וגדל של מספר אטומי, באמצעות התצורה האלקטרונית של היסוד. הטבלה המחזורית מקבצת אלמנטים בעלי תצורות אלקטרוניות דומות ומאפיינים שוות ערך.

עקרון ההדרה של פאולי, שקובע כי אין שני אלקטרונים באטום שיכולים להיות בעלי אותה קבוצה של מספרים קוונטיים, מכתיב את התצורה האלקטרונית של אטום. בהתאם לכך, כל אלקטרון באטום חייב לאכלס רמת אנרגיה ואורביטל ברורים, וכל מסלול יכול להכיל רק זוג אלקטרונים עם ספין הפוך.

יצירת שולחן אורקל

ניתן להשתמש בשיטות ספקטרוסקופיות שונות כדי לקבוע ישירות את התצורה האלקטרונית של אטום. לדוגמה, ניתן לקבוע את התצורה החשמלית של אטום במצב היסוד שלו באמצעות ספקטרום הפליטה של ​​יסוד, וניתן לקבוע את רמות האנרגיה של האלקטרונים באטום באמצעות ספקטרום הספיגה של היסוד.

לסיכום, התצורה האלקטרונית של האטום היא מרכיב בסיסי במבנה שלו ומשפיעה על מספר מאפיינים כימיים ופיזיקליים שלו. המספר האטומי של יסוד קובע את התצורה האלקטרונית שלו, אותה ניתן להציג כסדרה של מספרים וסמלים, דיאגרמת מסלול או דיאגרמת מעטפת אלקטרונים. עקרון ההדרה של פאולי, שניתן למצוא בניסוי באמצעות שיטות ספקטרוסקופיות, מכתיב את התצורה האלקטרונית של אטום.

תצורות אלקטרוניות שימושיות עבור:

• זיהוי הערכיות של אלמנט.
• חיזוי מאפיינים של קבוצת יסודות (המאפיינים של יסודות בעלי תצורת אלקטרונים דומה זהים לעתים קרובות).
• ניתוח הספקטרום האטומי.

כיצד לכתוב תצורה אלקטרונית

צדפים

בהתבסס על המספר הקוונטי העיקרי, ניתן לחשב את המספר הגדול ביותר של אלקטרונים שיכולים להיכנס לקליפה (n). הנוסחה עבורו היא 2n², כאשר n הוא מספר הקליפה. הטבלאות שלהלן מפרטות את הקליפות, הערכים n ואת המספר הכולל של אלקטרונים שיכולים להתאים.

קונכיות משנה

• המספר הקוונטי האזימוטלי (מיוצג באות 'l') קובע את תת-הקליפות שאליהן מחולקים האלקטרונים.
• ערכו של המספר הקוונטי הראשי, n, קובע את ערכו של מספר קוונטי זה. כתוצאה מכך, ישנן ארבע תת-קליפות שונות שיכולות להתקיים כאשר n שווה ל-4.
• כאשר n=4. תת-הקונכיות s, p, d ו-f הן תת-הקונכיות המתאימות עבור l=0, l=1, l=2 ו-l=3, בהתאמה.
• המשוואה 2*(2l+1) קובעת כמה אלקטרונים תת-קליפה יכולה להכיל בקיבולת המקסימלית שלה.
• לכן, המספר הגדול ביותר של אלקטרונים שיכול להשתלב בתת-הקונכיות s, p, d ו-f הוא 2, 6, 10 ו-14 בהתאמה.

סִמוּן

• באמצעות תוויות subshell, תצורת האלקטרונים של אטום מתוארת. תוויות אלה כוללות את מספר התת-מעטפת ואת מספר הקליפה, אשר נקבע על פי המספר הקוונטי העיקרי.
• הייעוד (המסופק על ידי המספר הקוונטי האזימוטלי) ובכתב-על, המספר הכולל של אלקטרונים בתת-הקליפה.
• לדוגמה, הסימון יהיה '1s²אם היו שני אלקטרונים בתת-המעטפת של הקליפה הראשונה.
• ניתן לבטא את תצורת האלקטרונים של אלומיניום (מספר אטומי 13) כ-1s²2 שניות²2 עמ'⁶3 שניות²3 עמ'¹באמצעות תוויות המשנה הללו.

עקרון האאופבאו, עקרון ההדרה של פאולי והכלל של האנד משמשים למילוי אורביטלים אטומיים. הנחיות אלו מסייעות להחליט כיצד האלקטרונים תופסים את האורביטלים הנגישים.

עקרון המבנה:

על פי עקרון Aufbau, אלקטרונים תופסים אורביטלים בכיוון של הגדלת האנרגיה. זה מצביע על כך שלפני מילוי אורביטלים עם אנרגיה גבוהה יותר, אלקטרונים ימלאו תחילה את אלו עם אנרגיה נמוכה יותר. ניתן להשתמש בטבלה המחזורית כדי לקבוע את רמות האנרגיה של האורביטלים לפי הסדר. התוויות של האורביטלים הן שילוב של אותיות ומספרים: האות מציינת את צורת המסלול או תת-המעטפת (s, p, d, f), והמספר מציין את המספר הקוונטי העיקרי (n), המגדיר את רמת האנרגיה של אֲרוּבַּתִי.

עקרון ההדרה של פאולי:

אין שני אלקטרונים באטום שיכולים להיות בעלי אותו אוסף של ארבעה מספרים קוונטיים (n, l, ml ו-ms), על פי עקרון ההרחקה של פאולי. המספר הגדול ביותר של אלקטרונים שיכול להתאים בכל מסלול הוא שניים, וחייבים להיות להם ספינים מנוגדים.

כמה 0 במיליארד

כלל הכלב:

לפי הכלל של האנד, אלקטרונים יאכלסו תחילה אורביטלים נפרדים עם אותו ספין בעת ​​מילוי אורביטלים מנוונים (אורביטלים עם אותה אנרגיה). בהתאם לכך, אלקטרונים באורביטלים מנוונים ינסו כל הזמן למקסם את הספין הכולל שלהם.

ניתן לקבוע את סדר המילוי של האורביטלים האטומיים באמצעות עקרונות אלה.

ממלאים את האורביטלים בסדר הבא:

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p וכן הלאה
• קח את העמסת הפחמן כדוגמה כדי להדגים זאת (מספר אטומי 6). שישה אלקטרונים קיימים בפחמן, והם יתפסו את האורביטלים הנגישים באופן שצוין לעיל.
• מסלול 1s יתמלא בשני האלקטרונים הראשונים. מסלול 2s יתמלא בשני האלקטרונים הבאים. שניים משלושת האורביטלים האפשריים של 2p יהיו תפוסים על ידי אלקטרון אחד כל אחד על ידי שני האלקטרונים הנותרים. לפחמן יש כעת את מבנה האלקטרון 1s²2 שניות²2 עמ'².

לסיכום, עקרון האאופבאו, עקרון ההדרה של פאולי והכלל של האנד שולטים כולם כיצד מתמלאים האורביטלים האטומיים. לכל אלמנט יש תצורה שונה של אלקטרונים כתוצאה מהכללים הללו, שעוזרים לקבוע את הסדר שבו אלקטרונים תופסים את האורביטלים הזמינים.

תצורה אלקטרונית של 30 היסודות הראשונים, לפי המספר האטומי הגובר:

להלן כמה מהסיבות מדוע תצורה אלקטרונית היא חיונית:

1. תגובתיות כימית

התגובה הכימית של האטום נקבעת על ידי התצורה האלקטרונית שלו. התצורה האלקטרונית היא שגורמת לתגובות בין אלמנטים לגרום לתרכובות. באיזו קלות אטום יכול לרכוש, לאבד או לחלוק אלקטרונים כדי ליצור קשרים כימיים עם אטומים אחרים תלויה במספר ובסידור האלקטרונים ברמת האנרגיה החיצונית ביותר, המכונה מעטפת הערכיות. לדוגמה, כדי להשיג תצורה יציבה, יסודות עם אלקטרונים אחד או שניים בקליפה החיצונית ביותר שלהם נוטים לאבד את האלקטרונים האלה, בעוד אלמנטים עם חמישה, שישה או שבעה אלקטרונים בקליפה החיצונית ביותר שלהם נוטים לרכוש את האלקטרונים האלה. זה עוזר לחזות את סוגי התרכובות שאלמנטים שונים יכולים ליצור.

2. תכונות מליטה

סוגי הקשרים הכימיים שיכולים להתפתח בין אטומים נקבעים גם על ידי התצורה האלקטרונית שלהם. קשרים קוולנטיים נוצרים בדרך כלל בין אטומים בעלי תצורות אלקטרוניות דומות, ואילו קשרים יוניים נוצרים בדרך כלל בין אטומים בעלי תצורות שונות. העוצמה והיציבות של הקשרים הכימיים שנוצרו מושפעות גם מהתצורה האלקטרונית. לדוגמה, ארבעת האלקטרונים הערכיים בתצורה האלקטרונית של אטום הפחמן מאפשרים לו ליצור קשרים קוולנטיים יציבים עם אטומי פחמן אחרים, מה שמביא ליצירת מגוון רחב של תרכובות אורגניות.

סרגל כלים גישה מהירה למילה

3. מאפיינים פיזיים

המאפיינים הפיזיקליים של יסוד, כגון נקודות ההיתוך והרתיחה, הצפיפות והמוליכות שלו, מושפעים גם מהמבנה האלקטרוני שלו. מספר האלקטרונים והאופן שבו הם מסודרים במעטפת הערכיות קובעים את עוצמת האינטראקציות של האטומים, מה שמשפיע על האופן שבו יסוד מתנהג פיזית. לדוגמה, מכיוון שהאלקטרונים החופשיים שלהם מסוגלים לנוע בקלות ולהוליך חשמל, למתכות יש מוליכות חשמלית ותרמית גבוהה.

4. מגמות תקופתיות

הטבלה המחזורית מאורגנת באמצעות מגמות מחזוריות מכיוון שהיא מושתתת על המבנה האלקטרוני של אטומים. דפוסי השונות הקבועים במאפיינים של יסודות על פני הטבלה המחזורית מכונים מגמות תקופתיות. ניתן להשתמש בשינויים בתצורה האלקטרונית של אטומים והשפעתם על גודל, תגובתיות ומאפייני הקשר של יסודות כדי להבין מגמות אלו.

לסיכום, ידע על התצורה האלקטרונית של האטום הכרחי כדי להבין הן את המאפיינים המולקולריים והן הפיזיקליים שלו. זה חיוני לניבוי ההתנהגות הכימית של יסוד ויכולתו לשלב עם יסודות אחרים ליצירת תרכובות. הבנת התצורה האלקטרונית מסייעת גם בהסבר תבניות תקופתיות והבדלים בתכונות היסוד על פני הטבלה המחזורית.