การกำหนดค่าอิเล็กตรอน: ความหมาย ตาราง ตัวอย่าง

ทุกคนรู้ดีว่าอะตอมเป็นสิ่งที่เล็กที่สุดที่ไม่สามารถแบ่งแยกทางเคมีได้อีกต่อไป แต่สสารที่เล็กที่สุดประกอบด้วยอนุภาคหลายตัว รวมถึงอิเล็กตรอนด้วย การกำหนดค่าอิเล็กตรอนมีบทบาทสำคัญในระบบอะตอม

อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอมซึ่งมีประจุเป็นลบ เมื่อรวมกับโปรตอนที่มีประจุบวกและนิวตรอนเป็นกลาง ทั้งสามนี้ประกอบขึ้นเป็นส่วนประกอบของอะตอม อิเล็กตรอนอยู่ในเปลือกนอกของอะตอม ในขณะที่โปรตอนและนิวตรอนอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม

การกำหนดค่าอิเล็กตรอนคืออะไร?

การมีอยู่ของอิเล็กตรอนในวงโคจรของอะตอมหรือเปลือกหุ้มนั้นไม่สามารถคาดเดาได้ เว้นแต่จะมีการดำเนินการวัดเพื่ออำนวยความสะดวกในการตรวจจับตำแหน่งของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ นิวเคลียสของอะตอมและคงอยู่ในวงโคจรที่แน่นอน อันที่จริงวงโคจรเป็นอีกคำหนึ่งสำหรับเปลือกอะตอม

เปลือกและเปลือกย่อยของอะตอมมีระดับพลังงานต่างกัน การกำหนดค่าอิเล็กตรอนหมายถึงการจัดเรียงอิเล็กตรอนในโมเลกุล อะตอม หรือโครงสร้างทางกายภาพประเภทอื่นๆ สถานะควอนตัมของอิเล็กตรอนขึ้นอยู่กับฟังก์ชันคลื่น

ฟังก์ชันคลื่นคือฟังก์ชันของพื้นที่และเวลาที่มีค่าเชิงซ้อน อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากระดับพลังงานหนึ่งไปอีกระดับหนึ่งได้โดยการดูดกลืนควอนตัมในรูปของโฟตอน ในการจัดเรียงอิเล็กตรอนจะมีชั้นของวงโคจรที่มีคุณสมบัติต่างกัน

อ่าน: การเปลี่ยนแปลงทางฟิสิกส์

1. ประเภทผิวอิเล็กตรอน

เปลือกอิเล็กตรอนแบ่งออกเป็นหลายชั้นซึ่งมีระยะห่างต่างกัน เปลือกในชั้นแรกที่ใกล้กับศูนย์กลางหรือนิวเคลียสของอะตอมมากที่สุดคือเปลือก K ชั้นที่สองหลังจากเปลือก K เรียกว่าเปลือก L เปลือก M แสดงถึงชั้นผิวหนังที่สาม เป็นต้น

ลำดับตัวอักษรที่แสดงประเภทของเปลือกอิเล็กตรอนแสดงว่าเปลือกเคลื่อนออกจากนิวเคลียสของอะตอม เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น เลขควอนตัมหลัก (n) สามารถแทนเปลือกอิเล็กตรอนได้

กล่าวอีกนัยหนึ่ง เลขควอนตัมคือตัวเลขที่อธิบายตำแหน่งของอิเล็กตรอนในอะตอม ตัวเลขนี้บ่งบอกถึงธรรมชาติของอิเล็กตรอนในออร์บิทัลและแสดงถึงปริมาณที่อนุรักษ์ไว้ในระบบไดนามิก

ตัวเลขควอนตัมที่แสดงเปลือกอะตอมขึ้นต้นด้วยเลข 1 ซึ่งหมายความว่าหมายเลข 1 หมายถึงเปลือก K หมายเลข 2 หมายถึงเปลือก L หมายเลข 3 หมายถึงเปลือก M และอื่นๆ

2. ระดับพลังงานในเปลือกอิเล็กตรอน

ตำแหน่งของอิเล็กตรอนในวงโคจรหรือเปลือกของอิเล็กตรอนจะแสดงปริมาณพลังงานที่แตกต่างกัน ดังนั้นตำแหน่งของเปลือกอิเล็กตรอนจึงสัมพันธ์กับระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในวงโคจรของเปลือกอย่างใกล้ชิด กล่าวโดยสรุป ระยะห่างของเปลือกอิเล็กตรอนจากศูนย์กลางของอะตอมเป็นตัวกำหนดพลังงานของอิเล็กตรอน

ยิ่งจำนวน n มากเท่าใด ระยะห่างของเปลือกอิเล็กตรอนจากศูนย์กลางของอะตอมก็จะยิ่งไกลขึ้นเท่านั้น และพลังงานของอิเล็กตรอนในเปลือกที่สอดคล้องกันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น โดยปกติอิเล็กตรอนจะเติมออร์บิทัลของอะตอมในเปลือก K ก่อนซึ่งมีระดับพลังงานต่ำที่สุด

3. จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละเชลล์

โดยทั่วไป จำนวนอิเล็กตรอนที่เติมเปลือกอิเล็กตรอนมีขีดจำกัดที่แน่นอน จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในเปลือกนอกสุดของอะตอมคือ 8 ในการกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่อาศัยอยู่ในเปลือกบาง ๆ สามารถใช้สูตรต่อไปนี้:

เปลือกอิเล็กตรอนที่ n = 2n²

อ่าน: โมเมนต์ความเฉื่อย

ตารางการกำหนดค่าอิเล็กตรอน

การจัดเรียงอิเล็กตรอนในองค์ประกอบถูกเขียนขึ้นตามกฎที่นักวิทยาศาสตร์เห็นด้วย แนวคิดเกี่ยวกับโครงร่างหรือการจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอมมีความสำคัญอย่างยิ่งในการทำความเข้าใจโครงสร้างในตารางธาตุ ตารางการกำหนดค่าหรือการจัดเรียงอิเล็กตรอนและองค์ประกอบของอิเล็กตรอนมีดังต่อไปนี้

ตัวอย่างปัญหาการกำหนดค่าอิเล็กตรอน

วิชาเคมีมักถามคำถามเกี่ยวกับการจัดเรียงอิเล็กตรอน เป็นความคิดที่ดีที่จะฝึกฝนการตอบคำถามเกี่ยวกับโครงร่างหรือการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังต่อไปนี้

การกำหนดค่าและจำนวนของอิเล็กตรอนในแต่ละเปลือกอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุ Sr (Z=38) และ Ni (Z=28) คืออะไร?

ตอบ:

อ่าน: กลศาสตร์ควอนตัม

กฎเต็ม / ครึ่งเต็ม

การโคจรของอิเล็กตรอนหรือเปลือกย่อยแต่ละอันมีข้อ จำกัด ของตัวเองสำหรับอิเล็กตรอนที่ครอบครอง สิ่งนี้สามารถช่วยเกี่ยวกับกฎเต็มและครึ่งเต็ม โดยทั่วไปแล้ว subshells มี 4 ประเภท ได้แก่ s, d, f และ p โดยที่ subshell แต่ละอันมีจำนวนอิเล็กตรอนต่างกัน

1. s subshell

s ออร์บิทัลสามารถรองรับอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 ตัว

2. หน้า. เปลือกย่อย

จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในเปลือกย่อย p คือ 6

3. d เปลือกย่อย

จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในเปลือกย่อย d คือ 10

4. ฉ. เปลือกย่อย

เปลือกย่อย f สามารถเก็บอิเลคตรอนได้สูงสุด 14 อิเล็กตรอน

การเขียนออร์บิทัลและจำนวนอิเล็กตรอนในนั้นคือการรวมเลขเปลือกก่อน ตามด้วยออร์บิทัล และสุดท้ายคือจำนวนอิเล็กตรอน

ตัวอย่างเช่น:

ดังนั้น กฎทั้งหมดหรือบางส่วนในการจัดเรียงอิเล็กตรอนแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากวงโคจรหนึ่งไปยังอีกวงโคจรหนึ่งเพื่อให้ได้การจัดเรียงที่เสถียรมากขึ้น กฎนี้ใช้กับการกำหนดค่าที่ลงท้ายด้วย subshell d

อ่าน: พลังงานศักย์

แผนภาพการโคจร

ตำแหน่งของอิเล็กตรอนในชั้นเปลือกสองสามชั้นแรกจนถึงอะตอมที่ไกลที่สุดเป็นไปตามกลศาสตร์ควอนตัม คำว่าออร์บิทัลไดอะแกรมหมายถึงคำอธิบายของอิเล็กตรอนในออร์บิทัลของอะตอม

ในแผนภาพนี้ ลูกศรขึ้นหรือลงแสดงถึงอิเล็กตรอน ในขณะที่วงโคจรซึ่งอิเล็กตรอนอยู่ในรูปของกล่อง s ออร์บิทัลมี 1 สี่เหลี่ยม d มี 5 สี่เหลี่ยม p มี 3 สี่เหลี่ยม และ f มี 7 สี่เหลี่ยม

เมื่อสร้างไดอะแกรมการโคจร จำเป็นต้องให้ความสนใจกับกฎซึ่งรวมถึงกฎของ Hund และหลักการยกเว้นของ Pauli คำอธิบายเพิ่มเติมของกฎเหล่านี้อยู่ด้านล่าง

อ่าน: มิติพลังงาน

หลักการห้ามของ Paulis

ตามหลักการกีดกันของ Pauli มีอิเล็กตรอนไม่เกินสองตัวในวงโคจรของอะตอม ดังนั้นอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากวงโคจรหนึ่งไปยังอีกวงหนึ่งได้ก็ต่อเมื่อประกอบด้วย ความว่างเปล่า ตัวอย่างเช่น อะตอมที่มีอิเล็กตรอนสองตัวในวงโคจร 1s จะแสดงในรูปด้านล่าง:

กฎร้อย

กฎของฮันด์ระบุว่าออร์บิทัลที่มีพลังงานเท่ากันจะถูกเติมด้วยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวที่มีพลังงานเท่ากันก่อน มีทิศทางหรือสปินเหมือนกัน แล้วอิเล็กตรอนจะเข้าสู่ออร์บิทัลตามลำดับ ตรงข้าม.

นั่นคือในเปลือกย่อยเดียวกันแต่ละออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวที่มีลูกศรเหมือนกันในทิศทางจากนั้นอิเล็กตรอนที่เหลือจะถูกเติมด้วยอิเล็กตรอนคู่หนึ่งในทิศทางตรงกันข้ามกับลูกศร คำอธิบายเพิ่มเติมอยู่ในภาพต่อไปนี้

อิเล็กตรอนอยู่ในการจัดเรียงบางอย่างในอะตอม คำที่อธิบายการจัดเรียงนี้คือการกำหนดค่าอิเล็กตรอน ด้วยการทำความเข้าใจตารางการกำหนดค่า แผนภาพการโคจร และกฎอื่นๆ คำถามเกี่ยวกับการกำหนดค่าหรือการจัดเรียงอิเล็กตรอนสามารถตอบได้ง่าย