การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกคืออะไร

การ กำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ หรือที่เรียกว่าโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์คือการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานรอบ ๆ นิวเคลียสของอะตอม

ตามแบบจำลองอะตอมเก่าของ Bohr อิเล็กตรอนนั้นมีหลายระดับในวงโคจรรอบนิวเคลียสจากชั้นแรกที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียส K ถึงชั้นที่เจ็ดซึ่งอยู่ไกลที่สุดจากนิวเคลียส

ในแง่ของแบบจำลองเชิงกลเชิงควอนตัมที่ละเอียดกว่าชั้น KQ จะถูกแบ่งออกเป็นชุดของวงโคจรซึ่งแต่ละอิเล็กตรอนสามารถครอบครองได้ไม่เกินหนึ่งคู่ (Encyclopædia Britannica, 2011)

โดยทั่วไปการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์จะใช้เพื่ออธิบายถึงวงโคจรของอะตอมในสถานะพื้น แต่ยังสามารถใช้เพื่อเป็นตัวแทนของอะตอมที่ได้รับไอออนในไอออนบวกหรือไอออนชดเชยการสูญเสียหรือการได้รับอิเล็กตรอนในวงโคจรของพวกเขา

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีขององค์ประกอบหลายอย่างสามารถมีความสัมพันธ์กับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ อิเล็กตรอนของวาเลนซ์ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดเป็นปัจจัยกำหนดสำหรับคุณสมบัติทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ของธาตุ

แนวคิดพื้นฐานของการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์

ก่อนที่จะกำหนดอิเล็กตรอนของอะตอมให้กับวงโคจรเราต้องทำความคุ้นเคยกับแนวคิดพื้นฐานของโครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ องค์ประกอบของตารางธาตุแต่ละประกอบด้วยอะตอมซึ่งประกอบด้วยโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอน

อิเล็กตรอนแสดงประจุลบและพบรอบนิวเคลียสของอะตอมในวงโคจรของอิเล็กตรอนซึ่งกำหนดเป็นปริมาตรของพื้นที่ซึ่งอิเล็กตรอนสามารถพบได้ภายในความน่าจะเป็น 95%

วงโคจรสี่ประเภทที่แตกต่างกัน (s, p, d, และ f) มีรูปร่างที่แตกต่างกันและวงโคจรสามารถมีอิเล็กตรอนได้สูงสุดสองตัว p, dyf orbitals มีระดับย่อยต่างกันดังนั้นพวกมันจึงอาจมีอิเลคตรอนมากขึ้น

ตามที่ระบุไว้การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละองค์ประกอบนั้นไม่ซ้ำกันสำหรับตำแหน่งในตารางธาตุ ระดับพลังงานจะถูกกำหนดตามช่วงเวลาและจำนวนอิเล็กตรอนจะได้รับจากเลขอะตอมขององค์ประกอบ

วงโคจรในระดับพลังงานที่แตกต่างกันจะคล้ายกัน แต่ครอบครองพื้นที่ต่าง ๆ ในอวกาศ

The 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

เมื่อเราเขียนการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมเราจะเติม orbitals เพื่อเพิ่มหมายเลขอะตอม

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

อิเล็กตรอนสะสมเป็นเรื่องของการจัดเรียงอิเล็กตรอนอย่างไร (หลักการของ Aufbau, 2015)

อะตอมที่เสถียรมีอิเล็กตรอนมากพอ ๆ กับโปรตอนในนิวเคลียส อิเล็กตรอนรวมตัวกันรอบ ๆ นิวเคลียสในวงโคจรควอนตัมตามกฎพื้นฐานสี่ข้อที่เรียกว่าหลักการ Aufbau

1. ไม่มีอิเล็กตรอนสองตัวในอะตอมที่มีตัวเลขควอนตัมสี่ตัวเหมือนกันคือ 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 แสดงวงโคจรปรมาณูและลูกศรตามเส้นทางไปตาม

ตอนนี้เป็นที่ทราบกันแล้วว่าคำสั่งของวงโคจรเต็มแล้วสิ่งเดียวที่เหลืออยู่ก็คือการจดจำขนาดของวงโคจรแต่ละวง

S orbitals มีค่าที่เป็นไปได้ 1 m m เพื่อให้มี 2 อิเล็กตรอน

P orbitals มีค่าที่เป็นไปได้ 3 ค่าคือ m _l เพื่อให้มีอิเล็กตรอน 6 ตัว

D orbitals มีค่า m ที่เป็นไปได้ 5 ค่าเพื่อให้มี 10 อิเล็กตรอน

วงโคจร F มีค่า 7 m ที่เป็นไปได้ที่จะมี 14 อิเล็กตรอน

นี่คือทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมที่เสถียรขององค์ประกอบ

ตัวอย่างเช่นรับธาตุไนโตรเจน ไนโตรเจนมีโปรตอนเจ็ดตัวดังนั้นจึงมีอิเล็กตรอนเจ็ดตัว การโคจรครั้งแรกเพื่อเติมคือ 1s การโคจร

การโคจรมีอิเล็กตรอนสองตัวดังนั้นจึงเหลืออิเล็กตรอนอีกห้าตัว วงโคจรถัดไปคือวงโคจร 2s และมีวงโคจรถัดไป อิเล็กตรอนสามตัวสุดท้ายจะไปที่วงโคจร 2p ที่สามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้มากถึงหกตัว (Helmenstine, 2017)

ความสำคัญของการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก

การกำหนดค่าอิเล็กตรอนมีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติของอะตอม

อะตอมทั้งหมดของกลุ่มเดียวกันมีการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกที่เหมือนกันยกเว้นหมายเลขอะตอม n นั่นคือสาเหตุที่พวกเขามีคุณสมบัติทางเคมีที่คล้ายกัน

ปัจจัยสำคัญบางประการที่มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของอะตอมรวมถึงขนาดของวงโคจรที่ใหญ่ที่สุดที่ถูกครอบครองพลังงานของวงโคจรพลังงานที่สูงขึ้นจำนวนตำแหน่งว่างวงโคจรและจำนวนอิเล็กตรอนในวงโคจรพลังงานที่สูงขึ้น (การกำหนดค่าอิเล็กตรอนและ คุณสมบัติของอะตอม, SF)

คุณสมบัติของอะตอมส่วนใหญ่อาจเกี่ยวข้องกับระดับของการดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนภายนอกมากขึ้นกับนิวเคลียสและจำนวนของอิเล็กตรอนในชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดจำนวนของอิเล็กตรอนของวาเลนซ์

อิเล็กตรอนของชั้นนอกคือสิ่งที่สามารถสร้างพันธะเคมีโควาเลนต์ได้ซึ่งเป็นความสามารถในการแตกตัวเป็นไอออนในรูปของไพเพอร์หรือประจุลบและเป็นตัวที่ทำให้สถานะของการเกิดออกซิเดชันกับองค์ประกอบทางเคมี

พวกเขาจะกำหนดรัศมีของอะตอมด้วย เมื่ออะตอมมีขนาดใหญ่ขึ้นรัศมีของอะตอมก็จะเพิ่มขึ้น เมื่ออะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนจะมีการหดตัวของรัศมีอะตอมเนื่องจากการลดลงของประจุลบรอบนิวเคลียส

อิเล็กตรอนของชั้นนอกคือสิ่งที่ถูกนำมาพิจารณาโดยทฤษฎีพันธะวาเลนซ์ทฤษฎีสนามผลึกและทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลเพื่อให้ได้คุณสมบัติของโมเลกุลและการผสมพันธุ์ของพันธะ (Bozeman Science, 2013)