Modo semplice per trovare la configurazione degli elettroni

Il contenuto che segue è la sostanza della Lezione 26 di Chimica Generale. In questa lezione continuiamo la discussione dei numeri quantici e del loro uso nelle configurazioni elettroniche, nonché la relazione tra la configurazione elettronica e le proprietà periodiche degli elementi.

Configurazione elettronica

Le configurazioni elettroniche sono il riassunto di dove si trovano gli elettroni attorno a un nucleo. Come abbiamo appreso in precedenza, ogni atomo neutro ha un numero di elettroni uguale al suo numero di protoni. Quello che faremo ora è posizionare quegli elettroni in una disposizione attorno al nucleo che indica la loro energia e la forma dell'orbitale in cui si trovano. Ecco un riassunto dei tipi di orbitali e di quanti elettroni ciascuno può contenere:

Quindi, in base a ciò che sappiamo sui numeri quantici e utilizzando il grafico sopra, sono necessari 2 elettroni per riempire un orbitale s, 6 elettroni per riempire un orbitale p, 10 elettroni per riempire un orbitale d e 14 elettroni per riempire l'orbitale f. MA quello che non abbiamo discusso è come questi orbitali vengono riempiti... L'ordine di esecuzione.

Ordine di riempimento

L'ordine in cui gli elettroni vengono posizionati negli orbitali si basa sull'ordine della loro energia. Questo è indicato come principio Aufbau. Gli orbitali a più bassa energia si riempiono per primi. Proprio come i numeri quantici stessi, questo ordine è stato determinato dal calcolo ed è riassunto dal seguente grafico:

oppure puoi semplicemente usare la tavola periodica:

 

Come scrivere una configurazione

elettronica

I simboli utilizzati per scrivere la configurazione elettronica iniziano con il numero del guscio (n) seguito dal tipo di orbitale e infine l'apice indica quanti elettroni ci sono nell'orbitale.

 

Ad esempio:

Guardando il periodico , puoi vedere che l'ossigeno ha 8 elettroni. In base all'ordine di riempimento di cui sopra, questi 8 elettroni si riempirebbero nel seguente ordine 1s, 2s e poi 2p. Quindi la configurazione elettronica dell'ossigeno sarebbe O 1s ² 2s ² 2p ⁴ .

Casi speciali

Le configurazioni degli ioni presentano un caso speciale di configurazione elettronica e dimostrano anche la ragione della formazione di quegli ioni in primo luogo.

Se è necessario scrivere la configurazione elettronica completa per un anione , allora si stanno semplicemente aggiungendo ulteriori elettroni e la configurazione viene semplicemente continuata.

Ad esempio, sappiamo che l'ossigeno forma sempre 2- ioni quando produce uno ione. Questo aggiungerebbe 2 elettroni alla sua configurazione normale rendendo la nuova configurazione: O ^2- 1s ² 2s ² 2p ⁶ . Con 10 elettroni dovresti notare che La configurazione elettronica dell'ossigeno è ora esattamente la stessa di quella del Neon. Abbiamo parlato del fatto che gli ioni si formano perché possono diventare più stabili con l'aumento o la perdita di elettroni per diventare come i gas nobili e ora si può effettivamente vedere come diventano uguali.

Anche le configurazioni elettroniche per i cationi sono realizzate in base al numero di elettroni, ma c'è una leggera differenza nel modo in cui sono configurate. Per prima cosa si dovrebbe scrivere la loro normale configurazione elettronica e poi quando si rimuovono gli elettroni bisogna prenderli dal guscio più esterno. Si noti che questo non è sempre lo stesso modo in cui sono stati aggiunti.

Ecco un esempio di ciò che intendo:

il ferro ha 26 elettroni, quindi la sua normale configurazione elettronica sarebbe: Fe 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁶

Quando facciamo uno ione 3+ per il ferro, dobbiamo prendere prima gli elettroni dal guscio più esterno in modo che sia il guscio 4s NON il guscio 3d: Fe ³⁺ 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ⁵

Un'altra nota sulla scrittura delle configurazioni elettroniche: Una scorciatoia. Quando si scrivono alcune delle configurazioni della tabella inferiore, la configurazione totale può essere piuttosto lunga. In questi casi, è possibile utilizzare il gas nobile precedente per abbreviare la configurazione come mostrato di seguito. Non vi resta che terminare la configurazione da dove il gas nobile lo lascia:

Eccezioni

Come per ogni altro argomento che abbiamo trattato fino ad oggi, ci sono anche delle eccezioni all'ordine di riempimento. Ma in base alle configurazioni elettroniche che vengono generate, queste eccezioni sono facili da capire.

Nel blocco d, nello specifico i gruppi contenenti Cromo e Rame, c'è un eccezione nel modo in cui vengono compilati.

Ecco le configurazioni effettive:

In queste colonne, i 4 e 3d

Pratica, Pratica, Pratica

Ci sono molti quiz sulle configurazioni elettroniche con cui puoi esercitarti che si trovano qui

Diagrammi orbitali Un

altro modo per rappresentare l'ordine di riempimento di un atomo è utilizzare un diagramma orbitale spesso indicato come "le piccole scatole":

Le caselle vengono utilizzate per rappresentare gli orbitali e per mostrare gli elettroni posti in essi. L'ordine di riempimento è lo stesso, ma come si può vedere dall'alto, gli elettroni vengono posizionati singolarmente nelle scatole prima di riempirle con entrambi gli elettroni. Questa è chiamata Regola di Hund: "Mezzo riempimento prima di riempire completamente" e ancora una volta questa regola è stata stabilita sulla base di calcoli energetici che indicavano che questo era il modo in cui gli atomi distribuivano effettivamente i loro elettroni negli orbitali.

periodico Proprietà

Una delle cose davvero interessanti delle configurazioni elettroniche è la loro relazione con la tavola periodica. Fondamentalmente la tavola periodica è stata costruita in modo che gli elementi con configurazioni elettroniche simili fossero allineati negli stessi gruppi (colonne).

Tavola periodica che mostra l'ultimo orbitale riempito per ogni elemento

La tavola periodica mostrata sopra mostra come la configurazione di ogni elemento sia stata allineata in modo che l'ultimo orbitale riempito sia lo stesso tranne che per il guscio. Il motivo per cui ciò è stato fatto è che la configurazione di un elemento conferisce all'elemento le sue proprietà e configurazioni simili producono proprietà simili.

Esaminiamo alcune delle Proprietà Periodiche che sono influenzate direttamente dalla configurazione elettronica:

Dimensione

atomica La dimensione degli atomi aumenta scendendo nella tavola periodica. Questo dovrebbe essere intuitivo poiché con ogni riga di La tabella in cui si sta aggiungendo una shell (n). Ciò che non è altrettanto intuitivo è il motivo per cui le dimensioni diminuiscono da sinistra a destra. Ma ancora una volta la costruzione della configurazione elettronica ci dà la risposta. Cosa stai facendo mentre attraversi la tavola periodica? Risposta, aggiungendo protoni al nucleo e aggiungendo elettroni al guscio di valenza dell'elemento. Cosa non cambia quando si attraversa un periodo? Risposta, gli elettroni del guscio interno. Quindi pensatela in questo modo, gli elettroni del guscio interno sono uno scudo contro l'attrazione del nucleo. Man mano che si attraversa un periodo e si aumenta il numero di protoni nel nucleo, si aumenta la sua attrazione, ma poiché si aggiungono solo elettroni al nuovo guscio, lo scudo non aumenta, ma rimane lo stesso per tutto il percorso. Ciò significa che l'attrazione sugli elettroni aggiunti al guscio di valenza sta aumentando costantemente. Cosa succede se si tirano più forte gli elettroni? Beh, si avvicinano di più al nucleo e la dimensione dell'atomo diminuisce. L'effetto dell'attrazione del nucleo sugli elettroni aggiunti in un periodo è chiamato carica nucleare efficace ed è calcolato come Z Eff = #protons - Nucleo # Elettroni. Quindi, ad esempio, l'attrazione avvertita dallo zolfo sarebbe Z Eff = 16 - 10 = +6

 

Elettronegatività

L'elettronegatività può essere la più importante delle proprietà periodiche che puoi imparare e comprendere, poiché molte altre proprietà dipendono dal suo valore. L'elettronegatività è la capacità di un atomo di attirare gli elettroni verso di sé.

L'elettronegatività è generalmente espressa dalla scala di Pauling e i valori sono stati determinati sperimentalmente. La tabella seguente mostra i valori di scala per gli elementi.

I valori di elettronegatività aumentano da sinistra a destra e dal basso verso l'alto nel tavola periodica esclusi i gas nobili. L'elemento più elettronegativo è il fluoro.

Da questi valori di elettronegatività possiamo derivare i modelli di altre due proprietà periodiche: Energia di Ionizzazione e Affinità Elettronica.

 

	Energia di Ionizzazione L'energia di ionizzazione è la quantità di energia necessaria per rimuovere un elettrone da un atomo. Tutte le energie di ionizzazione sono valori positivi perché tutte queste rimozioni (anche quelle per gli elementi che formano ioni positivi) richiedono l'apporto di energia. Più l'elemento è elettronegativo, maggiore è l'energia di ionizzazione.
Affinità elettronica L'affinità elettronica di un elemento è la quantità di energia guadagnata o rilasciata con l'aggiunta di un elettrone. L'elettronegatività e l'affinità elettronica aumentano nello stesso schema nella tavola periodica. Da sinistra a destra e dal basso verso l'alto.