Configuratie electronica

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 7 martie 2014; verificările necesită 25 de modificări .

Configurație electronică - formula pentru aranjarea electronilor în diferite învelișuri de electroni ale unui atom al unui element chimic sau moleculă .

Configurația electronică este de obicei scrisă pentru atomi în starea lor fundamentală . Pentru a determina configurația electronică a unui element, există următoarele reguli:

principiul de umplere . Conform principiului de umplere, electronii din starea fundamentală a unui atom umplu orbitalii într-o succesiune de niveluri de energie orbitale în creștere . Cei mai mici orbitali de energie sunt întotdeauna umpluți primii.
Principiul excluderii Pauli . Conform acestui principiu, nu pot fi mai mult de doi electroni în orice orbital și numai dacă au spini opuși (numere de spin inegale).
regula lui Hund . Conform acestei reguli, umplerea orbitalilor unui subshell începe cu electroni unici cu spini paraleli (același semn) și numai după ce electronii unici au ocupat toți orbitalii, umplerea finală a orbitalilor cu perechi de electroni cu spini opuși. pot aparea.

Din punctul de vedere al mecanicii cuantice , configurația electronică este o listă completă de funcții de undă cu un electron , din care, cu un grad suficient de precizie, este posibil să se compună funcția de undă completă a unui atom (în auto- aproximare consistentă a câmpului).

În general, atomul, ca sistem compozit, poate fi descris pe deplin doar prin funcția de undă completă . Cu toate acestea, o astfel de descriere este practic imposibilă pentru atomii mai complecși decât atomul de hidrogen , cel mai simplu dintre toți atomii elementelor chimice. O descriere aproximativă convenabilă este metoda câmpului auto-consecvent . Această metodă introduce conceptul de funcție de undă a fiecărui electron. Funcția de undă a întregului sistem este scrisă ca un produs simetrizat corespunzător al funcțiilor de undă cu un electron. Când se calculează funcția de undă a fiecărui electron, câmpul tuturor celorlalți electroni este luat în considerare ca un potențial extern , care, la rândul său, depinde de funcțiile de undă ale acestor ceilalți electroni.

Ca urmare a aplicării metodei câmpului auto-consistent, se obține un sistem complex de ecuații integro-diferențiale neliniare , care este încă greu de rezolvat. Cu toate acestea, ecuațiile de câmp auto-consistente au simetria de rotație a problemei inițiale (adică sunt simetrice sferic). Acest lucru face posibilă clasificarea completă a funcțiilor de undă cu un electron care alcătuiesc funcția de undă completă a unui atom.

Pentru început, ca în orice potențial simetric central, funcția de undă într-un câmp auto-consistent poate fi caracterizată prin numărul cuantic al momentului unghiular total și numărul cuantic al proiecției momentului unghiular pe o anumită axă . Funcțiile de undă cu valori diferite corespund aceluiași nivel de energie, adică sunt degenerate. De asemenea, un nivel de energie corespunde stărilor cu proiecții diferite ale spinului electronului pe orice axă. Total pentru un anumit nivel de energie al funcțiilor de undă. În plus, pentru o valoare dată a momentului unghiular, nivelurile de energie pot fi renumerotate. Prin analogie cu atomul de hidrogen, se obișnuiește să se numere nivelurile de energie pentru un dat, începând de la . O listă completă a numerelor cuantice ale funcțiilor de undă cu un electron, din care poate fi compusă funcția de undă a unui atom, se numește configurație electronică. Deoarece totul este degenerat în număr cuantic și în spin, este suficient să indicați numărul total de electroni care se află în starea dată , . $l$ $m$ $m$ $2(2l+1)$ $l$ $n=l+1$ $m$ $n$ $l$

Decriptarea configurației electronice

Din motive istorice, în formula de configurare electronică, numărul cuantic este scris cu litere latine. Starea cu este notată prin litera , : , : , : , : și așa mai departe în ordine alfabetică. Numărul este scris în stânga numărului, iar numărul de electroni în starea datelor și este scris deasupra numărului . De exemplu , corespunde la doi electroni în starea cu , . Datorită confortului practic (vezi regula lui Klechkovsky ), în formula completă a configurației electronice, termenii sunt scriși în ordine crescătoare a numărului cuantic și apoi a numărului cuantic , de exemplu . Deoarece o astfel de notație este oarecum redundantă, uneori formula este redusă la , adică numărul este omis acolo unde poate fi ghicit din regula de ordonare a termenilor. $l$ $l=0$ $s$ $p$ $l=1$ $d$ $l=2$ $f$ $l=3$ $g$ $l=4$ $l$ $n$ $l$ $n$ $l$ $2s^{2}$ $n=2$ $l=0$ $n$ $l$ $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{3}$ $1s^{2}2s^{2}p^{6}3s^{2}p^{3}$ $n$

Legea periodică și structura atomului

Toți cei implicați în structura atomului în oricare dintre studiile lor provin din instrumentele care le sunt furnizate de legea periodică , descoperită de chimistul D. I. Mendeleev ; numai în înțelegerea acestei legi, fizicienii și matematicienii își folosesc „limbajul” pentru a interpreta dependențele arătate de el (deși există un aforism destul de ironic al lui J. W. Gibbs pe acest subiect [1] ), dar, în același timp, izolat. de la chimiștii care studiază materia, cu toată perfecțiunea, avantajele și universalitatea aparatului lor, nici fizicienii, nici matematicienii, desigur, nu își pot construi cercetările.

Interacțiunea reprezentanților acestor discipline se observă și în dezvoltarea ulterioară a temei. Descoperirea periodicității secundare de către E. V. Biron (1915) a oferit un alt aspect în înțelegerea problemelor legate de regularitățile structurii învelișurilor de electroni. S. A. Shchukarev , un student al lui E. V. Biron și M. S. Vrevsky , unul dintre primii la începutul anilor 1920 a exprimat ideea că „periodicitatea este o proprietate inerentă însuși miezului”.

În ciuda faptului că nu există încă o claritate completă în înțelegerea cauzelor periodicității secundare, există o viziune asupra acestei probleme, ceea ce implică faptul că una dintre cele mai importante cauze ale acestui fenomen este kainosimetria descoperită de S. A. Shchukarev - prima manifestare a orbitalii unei noi simetrii ( altul- greacă καινός - nou și συμμετρία - simetrie; „kainosimetrie”, adică „nouă simetrie”). Kainosimetrii - hidrogen și heliu, în care se observă orbital s , - elemente de la bor la neon (orbital - p ), - elemente din primul rând de tranziție de la scandiu la zinc (orbital - d ) și, de asemenea, - lantanide (termenul a fost propus de S. A. Shchukarev, precum și actinide ) (orbital - f ). După cum se știe, elementele care sunt kainosimetrice au în multe privințe proprietăți fizice și chimice diferite de cele ale altor elemente aparținând aceluiași subgrup.

Fizica nucleară a făcut posibilă înlăturarea contradicției asociate cu „interdicția” lui Ludwig Prandtl [2] . În anii 1920, S. A. Shchukarev a formulat regula statisticii izotopilor, care afirmă că în natură nu pot exista doi izotopi stabili cu același număr de masă și aceeași sarcină a nucleului atomic care diferă prin unul - unul dintre ei este în mod necesar radioactiv . Acest model și-a dobândit forma finală în 1934 datorită fizicianului austriac I. Mattauh și a primit numele de regula de excludere Mattauch-Shchukarev . [3] [4]

Vezi și

Lista elementelor chimice după configurație electronică

Note

↑ „Un matematician poate spune orice vrea, un fizician trebuie măcar să-și păstreze sănătatea mintală” – engleză. Un matematician poate spune orice vrea, dar un fizician trebuie să fie cel puțin parțial sănătos – RB Lindsay. Despre relația dintre matematică și fizică, The Scientific Monthly, Dec 1944, 59, 456
↑ „Interdicție” aplicată la „deschis” de V. Noddak și I. Luați „masuria”
↑ Technetium - Biblioteca populară de elemente chimice
↑ S. I. Venetsky Despre rare și împrăștiate. Povești despre metale.: M. Metalurgie. 1980 - „Dinozaurul” (tehnețiu) reînviat. S. 27

Literatură

S. A. Schukarev. Despre structura materiei. Nature, 1922, nr. 6-7, 20-39
S. A. Schukarev. Despre periodicitatea proprietăților învelișurilor electronice ale atomilor liberi și asupra reflectării acestei periodicități în proprietățile corpurilor simple, compușilor chimici și soluțiilor de electroliți. Știri. Universitatea de Stat din Leningrad, 1954, nr. 11, 127-151
Blokhintsev D. I. Fundamentele mecanicii cuantice. a 5-a ed. Nauka, 1976. - 664 p.
Landau L. D. , Lifshits E. M. Mecanica cuantică (teorie non-relativista). — Ediția a IV-a. — M .: Nauka , 1989. — 768 p. - (" Fizica teoretică ", Volumul III). - ISBN 5-02-014421-5 . - § 67
Boum A. Mecanica cuantică: fundamente și aplicații. M .: Mir, 1990. - 720s.
Faddeev LD, Yakubovsky OA Prelegeri despre mecanica cuantică pentru studenții la matematică. Editura Universității din Leningrad, 1980. - 200p.