Elektronekonfiguratioun

D’Notatioun liesen

Bei 1s² 2s² 2p⁶weist d’Zuel d’Haaptschuel, de Buschtaf d’Ënnerschuel an den Héichzuel d’Zuel vun den Elektronen an där Ënnerschuel. D’Kapazitéite kommen aus der Zuel vun den Orbitaler: s huet 1 Orbital, p huet 3, d huet 5 an f huet 7. Well all Orbital héchstens zwee Elektrone kann enthalen, sinn déi maximal Besetzungen 2, 6, 10 a 14.

Wéi Elektronen Orbitaler besetzen

D’Grondzoustandskonfiguratioun ass déi méiglech Verdeelung mat der niddregster Energie. Dräi Iddie wierken zesummen: Orbitaler mat méi niddreger Energie ginn als éischt besat; keng zwee Elektronen am selwechten Atom kënnen dee selwechte komplette Saz vu Quantenzuelen hunn; an Orbitaler mat gläicher Energie ginn als éischt eenzel besat, ier d’Koppelung ufänkt.

Beim Sauerstoff bedeit 1s²2s²2p⁴ net, datt déi dräi 2p-Orbitaler als ↑↓, ↑↓, eidel gefëllt ginn. Déi energetesch méi niddreg Verdeelung ass ↑↓, ↑, ↑: ee Koppel an zwee ongekoppelt Elektronen. Dat ass experimentell wichteg, well ongekoppelt Elektronen de Magnetismus beaflossen.

Edelgas-Kuerzschreifweis, Ionen an d’4s/3d-Fro

Natrium ass 1s²2s²2p⁶3s¹, oder [Ne]3s¹. Chlor ass [Ne]3s²3p⁵. D’Kuerzschreifweis ass keen anere Modell; si ersetzt einfach en onverännerten bannenzege Kär duerch d’Symbol vum viregten Edelgas.

Bei Katioune vun den Haaptgruppen ginn Elektronen normalerweis als éischt aus der besater Haaptschuel mat dem héchsten n ewechgeholl. Na gëtt zu Na⁺, andeems 3s¹ verluer geet. Bei Iwwergangsmetaller kann déi üblech Fëllreeiefolleg täuschen: den 4s-Orbital gëtt bei K a Ca virum 3d besat, mee wann d’3d-Ënnerschuel sech fëllt, reorganiséieren sech déi relativ Orbitalenergien. Katioune vun Iwwergangsmetaller verléieren dofir normalerweis ns-Elektrone virun (n−1)d-Elektronen.

Chrom a Koffer weisen och, datt dat einfacht Aufbau-Diagramm eng Approximation ass: Cr ass [Ar]3d⁵4s¹ a Cu ass [Ar]3d¹⁰4s¹. Den déifere Grond ass, datt 3d a 4s energetesch no beienee leien, sou datt Elektron–Elektron-Wiesselwierkungen de favoriséierte Grondzoustand ännere kënnen. „Hallef gefëllte Schuele si magesch stabil“ ass eng Erënnerungsreegel, keng komplett Erklärung.

Chemesch Informatioun an de Konfiguratiounen

Valenzkonfiguratiounen organiséieren de Periodesche System. Elementer an der selwechter Haaptgrupp hunn änlech äusser Konfiguratiounen, dofir bilden Li an Na béid +1-Ionen a F a Cl dacks −1-Ionen. D’Bléck vum Periodesche System entspriechen der Aart vun Ënnerschuel, déi gefëllt gëtt.

Konfiguratioune sinn och mat Atomspektren, Magnetismus a Bindung verbonnen. Eng ugereegt Elektronekonfiguratioun ënnerscheet sech vum Grondzoustand, well en Elektron an en Orbital mat méi héijer Energie gehuewe gouf. Spektroskopie kann dës Energiedifferenze weisen, an d’Zuel vun ongekoppelten Elektronen hëlleft virauszesoen, ob en isoléierten Atom oder Ion paramagnetesch ass.

Eng Konfiguratioun ass also e Modell mat experimentelle Konsequenzen an net nëmme Comptabilitéit.

Fotoelektronespektroskopie test d’Konfiguratioun

Elektronekonfiguratioune kënnen experimentell mat Fotoelektronespektroskopie (PES) iwwerpréift ginn. Fotone schloen Elektronen aus engem Atom oder Molekül, an déi gemoosse kinetesch Energie weist, wéi staark d’Elektrone gebonne waren. Spëtze bei verschiddene Bindungsenergie gehéieren zu verschidde besate Schuelen an Ënnerschuelen.

Bei engem einfachen Atom wéi Neon erschéngen d’1s-Elektrone bei vill méi héijer Bindungsenergie wéi 2s oder 2p, well den 1s-Orbital no beim Kär läit a vill manner Ofschiermung erlieft. Déi relativ Spëtzeberäicher weisen och, wéi vill Elektronen all Ënnerschuel besetzen. D’Notatioun 1s²2s²2p⁶ seet also en experimentellt Muster viraus an ass net nëmmen eng Reegel a kuerzer Form.

PES weist och, firwat „all Elektronen an enger Schuel hunn déi selwecht Energie“ bei Atomer mat ville Elektrone falsch ass: 2s an 2p hunn ënnerschiddlech Bindungsenergien, well hir Penetratioun an Ofschiermung verschidde sinn.

Konfiguratioun, Valenz a chemesch Identitéit

Zwou Spezies mat der selwechter Elektronenzuel kënnen änlech Konfiguratiounen awer verschidde Chimie hunn, well hir Käre verschidde sinn. Ne, Na⁺ a F⁻ hunn all 10 Elektronen, mee hir Gréissten an Ioniséierungsenergie sinn ënnerschiddlech, well déiselwecht Elektroneverdeelung vu verschiddene Kärladunge festgehalen gëtt.

Am Géigendeel widderhuelen Elementer an der selwechter Grupp änlech Valenz konfiguratiounen, och wann hir komplett Konfiguratioune méi laang ginn. Li ass [He]2s¹, Na ass [Ne]3s¹ a K ass [Ar]4s¹. Dat widderholl ns¹-Muster ass chemesch méi informativ wéi all bannenzegen Elektron auswenneg ze léieren.

Konfiguratioune si keng komplett Villes-Elektronen-Zoustänn

Eng Notatioun wéi 2p² seet eis, wéi eng Ënnerschuel besat ass, mee se bestëmmt net eenzegaarteg all Méiglechkeeten, wéi d’Elektronen hiren orbitalen a Spin-Dréimoment koppele kënnen. Méi fortgeschratt Atomspektroskopie ënnerscheet Termer an Niveauen an der selwechter Konfiguratioun. Dem Hund seng Reegele hëllefen dës Niveauen ze ordnen.

Fir eng Aféierung an d’Chimie ass d’Konfiguratioun déi richteg Beschreiwungsebene. Si identifizéiert déi besaten Orbitaler an déi ongekoppelt Elektronen; d’Feinstruktur gëtt wichteg bei héichopléisende Spektren an Zoustänn vun Iwwergangsmetaller.

Übungen

Schwiefel

Schreif d’Grondzoustandskonfiguratioun vu Schwiefel, Z = 16, a ziel d’Elektronen an der äusserster Schuel.

Kalzium-Ion

Schreif Ca²⁺ aus neutralem Ca = [Ar]4s².

Eisen(III)

Neutralt Fe ass [Ar]3d⁶4s². Schreif Fe³⁺.