Elektron konfigürasyonu veya elektronların bir atomda dağılma şekli

Atom ve yapısı

Maddeyi oluşturan bireysel parçacıklar atomlardır. Bizi çevreleyen her şey atomlardır. Elementler, atomlarının toplamıdır – demir, demir atomlarından yapılır, bakır, bakır atomlarından yapılır, vb. Peki, bir atom nelerden oluşur? Çoğumuz cevabı biliyoruz: pozitif yüklü protonlar, negatif yüklü elektronlar ve yüksüz nötronlar. Bu doğru cevap mı? Kesinlikle, ama bir kimyager gibi atoma bakarsak, atomun iki temel elementten oluştuğunu söyleriz: çekirdek ve onu çevreleyen elektron bulutu.

Atom çekirdeği

Atomun çekirdeği onun merkezidir ve en önemli parçasını oluşturur. Protonlardan (pozitif yüklü) ve nötronlardan (elektriksel olarak nötr) oluşur. Bunlar bölünemez bileşenler değildir. Hem protonların hem de nötronların bir iç yapısı vardır – kuark adı verilen daha küçük parçacıklardan oluşurlar. Bir proton iki üst kuarktan ve bir alt kuarktan oluşur. Bir nötron ise yapısında bir üst kuark ve iki alt kuarka sahiptir.

Elektron bulutu

Bir atomun açıkça tanımlanmış bir kenarı yoktur – bunun nedeni bir elektron bulutunun varlığıdır. Bir elektron bulutu, bir elektronun bulunma olasılığının en yüksek olduğu alandır (önemli: elektronun hareket ettiği yol net olarak belirlenemez. Onu yalnızca uzayda farklı alanlarda bulma olasılığını belirlemek mümkündür). Bir elektron bulutu, bir atom çekirdeğinin etrafında dönen elektronlardan oluşur. Çekirdeğin hemen yanında elektron bulutunun yoğunluğu en yüksekken, çekirdekten uzaklaştıkça bulut daha dağınıktır.

Atomun kuantum tanımı

Bir atomdaki her elektronun durumu dalga fonksiyonları ile tanımlanır. Dalga fonksiyonları, Schrödinger denkleminin matematiksel bir çözümüdür. Buna karşılık, birkaç temel koşul getirilirse bu denklem çözülebilir. Bu nedenle kuantum sayıları kullanılmıştır. Belirli bir atomdaki her bir elektronun kuantum durumunu benzersiz bir şekilde tanımlayan kuantum sayıları aşağıda kısaca karakterize edilir:

• temel kuantum sayısı n :

elektronun enerjisinden sorumludur. Ardışık doğal sayıların değerlerine sahiptir. 1’den sonsuza kadar değişebilir. Pratikte durum böyle değildir ve çoğu zaman n , 1 ile 7 arasında değişir. Aynı temel kuantum sayısına sahip seviyelere elektron kabuğu denir.

• azimut kuantum sayısı l :

enerjileri daha kesin tanımlar. Azimut kuantum sayısının değeri, belirli bir atomik kabuğun alt kabuğunu belirler. Atomik orbitallerin şekli de bu sayının değerine bağlıdır. Azimut kuantum sayısı sıfır ile ( n -1) arasında değerlere sahiptir.

• manyetik kuantum sayısı m :

manyetik kuantum sayısının değeri azimut kuantum sayısına bağlıdır. Manyetik kuantum sayısı m – l ila l (0 dahil) arasında değerlere sahiptir. Manyetik kuantum sayısı bilgisi sayesinde, belirli bir alt seviyedeki yörünge sayısı hakkında bilgi veren uzaydaki yörüngelerin karşılıklı konumları belirlenir.

• spin kuantum sayısı:

elektronlar atom çekirdeği etrafında hareket ederken kendi eksenleri etrafında da hareket ederler. Bu harekete spin denir ve spin kuantum sayısı onunla ilişkilendirilir. Yalnızca iki değeri vardır: + ½ ve – ½. Her atomik orbital, spin kuantum sayısının farklı değerine sahip iki elektron içerebilir. Kuantum sayılarını tanımlarken, kimyanın temel yasalarından biri olan Pauli dışlama ilkesinden bahsetmemek imkansızdır. Bu prensibe göre, bir atom aynı kuantum sayılarına sahip iki elektron içeremez. Atomdaki elektronların değeri en az bir kuantum sayısı kadar farklılık göstermelidir.

Elektron kabukları ve alt kabukları

Atom çekirdeği, belirli bir olasılıkla içinde bir elektronun bulunabileceği bir elektron bulutu ile çevrilidir. Bu elektronlar uygun elektron kabukları üzerinde düzenlenir. Basitçe söylemek gerekirse, elektron kabukları aynı temel kuantum sayısı n olan seviyelerdir. Atom çekirdeğinden en uzaktaki kabuğa değerlik kabuğu denir – bu kabuk üzerinde dönen elektronlara değerlik elektronları denir (farklı elementlerin atomları veya aynı elementin atomları arasında kimyasal bağlar oluştururlar). Her elektron kabuğu bir harfle tanımlanır. Yani, n = 1 için harf K’dir, n = 2 için harf L’dir, vb (n 1 ila 7 için harfler: K ila Q’dur). Bir atomdaki elektron kabuklarının her biri alt kabuklardan oluşur. Alt kabuklar , azimut kuantum sayıları l ile tanımlanır. Alt kabuklarda, kesin olarak tanımlanmış, eşit enerji değerlerine sahip elektronlar vardır. Alt kabukların da belirli bir "kapasiteleri" vardır – 2*(2* l +1) içerebilirler, burada l azimut kuantum sayısıdır. Alt kabukların ayrıca harf tanımları vardır: s, p, d, f, g, h, vb.

Elektron konfigürasyonu

Bir atomdaki elektron konfigürasyonunun doğru bir şekilde belirlenmesi için, enerji seviyelerinin sırasını (her bir alt kabuk ve artan enerji değerine göre kabukların sırası) bilmek gerekir. Yapılandırma, yalnızca bireysel elektronların enerji seviyelerine atanmasıdır. Bir atomun iki enerji durumu vardır: temel durum ve uyarılmış durum . Temel durumu, elektronlar genişleme kurallarına göre bireysel yörüngelere dağıtıldığında gözlemliyoruz. O zaman en düşük enerjiye sahiptir. Atom belirli bir miktarda enerji alırsa, elektron düşük enerjili yörüngeden yüksek enerjili serbest yörüngeye aktarılabilir – o zaman atomun uyarılmış durumundan bahsediyoruz. Bu nedenle, temel durumdaki bir atomun doğru elektron konfigürasyonunu bulmak için, Pauli dışlama ilkesine uyularak, bireysel orbitallerin artan enerjiye göre doldurulması gerekir. Bu ilkelere göre, ardışık kabukların sayısını, ardışık alt kabukların harf tanımlarını ve belirli yörüngelerdeki elektronların sayısının bir gösterimini içeren sözde tam konfigürasyon gösterimi yaratılır. Kısaltılmış elektron konfigürasyon notasyonu başlangıçta çekirdeği, kalan elektronlar tarafından desteklenen bir soy gazın elektronik konfigürasyonu biçiminde içerir.