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Cos'è la notazione spettrale?
il notazione spettrale o La configurazione elettronica è la disposizione degli elettroni nei livelli di energia attorno al nucleo di un atomo.
Secondo l'ex modello atomico Bohr, gli elettroni occupano vari livelli in orbite intorno al nucleo, il primo più vicino al nucleo, K, al settimo strato, Q, che è la più lontana dallo strato di nucleo.
In termini di un più sofisticato modello meccanico quantistico, gli strati K-Q sono suddivisi in una serie di orbitali, ciascuno dei quali può essere occupati da non più di una coppia di elettroni (Encyclopædia Britannica, 2011).
Comunemente, la configurazione elettronica è utilizzata per descrivere gli orbitali di un atomo nel suo stato fondamentale, ma può anche essere utilizzato per rappresentare un atomo che è stato ionizzato in un catione o anione, compensando la perdita o il guadagno di elettroni nei rispettivi orbitali.
Molte delle proprietà fisiche e chimiche degli elementi possono essere correlate con le loro esclusive configurazioni elettroniche.
elettroni di valenza, elettroni nello strato più esterno, sono il fattore determinante per la chimica unica dell'elemento (Electron configurazioni e le proprietà degli atomi, S.F.).
Quando gli elettroni nello strato più esterno di un atomo ricevono energia di qualche tipo, si spostano in strati di energia più alta. Quindi, un elettrone nello strato K sarà trasferito allo strato L mentre si trova in uno stato di energia più alto.
Quando l'elettrone ritorna al suo stato fondamentale, rilascia l'energia assorbita emettendo uno spettro elettromagnetico (luce). Poiché ogni atomo ha una configurazione elettronica specifica, avrà anche uno spettro specifico che sarà chiamato spettro di assorbimento (o emissione).
Per questo motivo, il termine notazione spettrale viene utilizzato per fare riferimento alla configurazione elettronica (Spectroscopic Notation, S.F.).
Come determinare la notazione spettrale: numeri quantici
Un totale di quattro numeri quantici sono usati per descrivere completamente il movimento e le traiettorie di ciascun elettrone all'interno di un atomo.
La combinazione di tutti i numeri quantici di tutti gli elettroni in un atomo è descritta da una funzione d'onda conforme all'equazione di Schrödinger. Ogni elettrone in un atomo ha un insieme unico di numeri quantici.
Secondo il principio di esclusione di Pauli, due elettroni non possono condividere la stessa combinazione di quattro numeri quantici.
I numeri quantici sono importanti perché possono essere usati per determinare la configurazione elettronica di un atomo e la probabile posizione degli elettroni nell'atomo.
I numeri quantici sono anche usati per determinare altre caratteristiche degli atomi, come l'energia di ionizzazione e il raggio atomico.
I numeri quantici designano shell, sottolivelli, orbitali e giri di elettroni specifici.
Ciò significa che descrivono completamente le caratteristiche di un elettrone in un atomo, cioè, ogni descrivono unica soluzione dell'equazione di Schrödinger, o la funzione d'onda di elettroni in un atomo.
Esistono quattro numeri quantici: il numero quantico principale (n), il numero quantico del momento angolare orbitale (L), il numero quantico magnetico (mi) ed il numero quantico di spin elettronico (ms).
Il numero quantico principale, nn, descrive l'energia di un elettrone e la distanza più probabile dell'elettrone dal nucleo. In altre parole, si riferisce alla dimensione dell'orbitale e al livello di energia a cui è collocato un elettrone.
Il numero di sottolivelli, o ll, descrive la forma dell'orbitale. Può anche essere usato per determinare il numero di nodi angolari.
Il numero quantico magnetico ml, descrive i livelli di energia in un legante, e più si riferisce a girare sull'elettrone, che può essere superiore o inferiore (Anastasiya Kamenko, 2017).
Principio di Aufbau
Aufbau deriva dalla parola tedesca "Aufbauen" che significa "costruire". In sostanza, quando scriviamo configurazioni di elettroni stiamo costruendo orbitali elettronici mentre ci spostiamo da un atomo all'altro.
Mentre scriviamo la configurazione elettronica di un atomo, riempiremo gli orbitali in ordine crescente di numero atomico.
Il principio di Aufbau ha origine dal principio di esclusione di Pauli che dice che non ci sono due fermioni (per esempio, gli elettroni) in un atomo.
Possono avere lo stesso insieme di numeri quantici, quindi devono "accumularsi" a livelli di energia più alti. Come gli elettroni si accumulano è un soggetto di configurazioni di elettroni (Aufbau Principle, 2015).
Gli atomi stabili hanno tanti elettroni quanti i protoni fanno nel nucleo. Gli elettroni si riuniscono attorno al nucleo in orbitali quantici seguendo quattro regole di base chiamate principio Aufbau.
- Nell'atomo non ci sono due elettroni che condividono gli stessi quattro numeri quantici n, l, m ed s.
- Gli elettroni occuperanno prima gli orbitali del livello di energia più basso.
- Gli elettroni riempiranno sempre gli orbitali con lo stesso numero di spin.Quando gli orbitali sono pieni, comincerà.
- Gli elettroni riempiranno gli orbitali della somma dei numeri quantici n e l. Gli Orbitali con valori uguali di (n + l) saranno riempiti prima con i valori di n in basso.
La seconda e la quarta regola sono fondamentalmente le stesse. Un esempio di regola quattro sarebbe l'orbita 2p e 3s.
Un 2p orbitale è n = 2 e L = 2 e 3s orbitale è n = 3 e L = 1 (N + l) = 4 in entrambi i casi, ma la 2p orbitale avente la più bassa energia o il valore n minore sarà riempito prima della Strato 3s.
Fortunatamente, il diagramma di Moeller mostrato in Figura 2 può essere usato per riempire gli elettroni. Il grafico viene letto eseguendo le diagonali da 1 s.
La Figura 2 mostra gli orbitali atomici e le frecce seguono il percorso da seguire.
Ora che è noto che l'ordine degli orbitali è pieno, l'unica cosa rimasta è quella di memorizzare la dimensione di ciascun orbitale.
Gli orbitali S hanno 1 possibile valore di ml contenere 2 elettroni
Gli orbitali P hanno 3 valori possibili di ml contenere 6 elettroni
Gli orbitali D hanno 5 valori possibili di ml contenere 10 elettroni
Gli orbitali F hanno 7 valori possibili di ml contenere 14 elettroni
Questo è tutto ciò che è necessario per determinare la configurazione elettronica di un atomo stabile di un elemento.
Ad esempio, prendi l'elemento azoto. L'azoto ha sette protoni e quindi sette elettroni. Il primo orbitale da riempire è il 1 ° orbitale. Un orbitale ha due elettroni, quindi restano cinque elettroni.
Il prossimo orbitale è il 2 ° orbitale e contiene i due successivi. I tre elettroni finali andranno all'orbitale 2p che può contenere fino a sei elettroni (Helmenstine, 2017).
Regole di Hund
La sezione Aufbau ha discusso di come gli elettroni riempiono prima gli orbitali a energia più bassa e poi si spostano verso gli orbitali a più alta energia solo dopo che gli orbitali a energia più bassa sono pieni.
Tuttavia, c'è un problema con questa regola. Certamente, gli orbitali 1s devono essere riempiti prima degli orbitali 2s, perché gli orbitali 1s hanno un valore minore di n, e quindi un'energia inferiore.
E i tre diversi orbitali 2p? In che ordine dovrebbero essere riempiti? La risposta a questa domanda riguarda la regola di Hund.
La regola di Hund afferma che:
- Ogni elemento orbitale in un sottolivello viene occupato individualmente prima che ogni orbitale sia occupato in modo doppio.
- Tutti gli elettroni negli orbitali occupati individualmente hanno la stessa rotazione (per massimizzare la rotazione totale).
Quando orbitali elettronici sono assegnati, un elettrone mira prima di riempire tutti orbitali con energia simile (chiamati anche orbitali degeneri) prima coppia di elettroni con un altro mezzo pieno orbitale.
Gli atomi negli stati terrestri tendono ad avere il maggior numero possibile di elettroni non appaiati. Quando visualizzi questo processo, considera come gli elettroni mostrano lo stesso comportamento degli stessi poli di un magnete se entrano in contatto.
Quando gli elettroni caricati negativamente riempiono gli orbitali, prima cercano di allontanarsi il più possibile l'uno dall'altro prima che debbano accoppiarsi (Regole di Hund, 2015).
riferimenti
- Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, 24 marzo). Numeri quantici. Estratto da chem.libretexts.org.
- Principio di Aufbau. (3 giugno 2015). Estratto da chem.libretexts.org.
- Configurazioni di elettroni e proprietà degli atomi. (S.F.). Estratto da oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7 settembre). Configurazione elettronica. Recupero da britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, 7 marzo). Il principio di Aufbau - Struttura elettronica e principio di Aufbau. Estratto da thoughtco.com.
- Regole di Hund. (2015, 18 luglio). Estratto da chem.libretexts.org.
- Notazione spettroscopica. (S.F.). Estratto da bcs.whfreeman.com.