Elektronische Konfiguration

Der Die Verteilung der Elektronen innerhalb eines Atoms oder Moleküls wird als „elektronische Konfiguration“ bezeichnet. Dies definiert die Energieniveaus und Orbitale, die die Elektronen einnehmen. Die Ordnungszahl eines Elements, die der Anzahl der Protonen im Atomkern entspricht, bestimmt die elektronische Konfiguration des Elements.

Die Anzahl der Elektronen in jeder Schale und Unterschale wird typischerweise durch eine Folge von Zahlen und Buchstaben dargestellt, beispielsweise 1s 2s²14 Uhr⁶, wenn die elektronische Konfiguration eines Atoms beschrieben wird. Die Hauptquantenzahl, die mit dem Energieniveau oder der Hülle des Elektrons korreliert, wird durch die erste Zahl in der Folge dargestellt. Die Drehimpulsquantenzahl bestimmt, welcher Buchstabe nach der Hauptquantenzahl die Unterschale oder das Orbital des Elektrons bezeichnet.

Zur Darstellung der elektronischen Konfiguration eines Atoms kann auch ein Orbitaldiagramm oder Elektronenhüllendiagramm verwendet werden, das die Anordnung der Elektronen innerhalb der Energieniveaus und Orbitale des Atoms zeigt. Jedes Orbital wird durch ein Kästchen oder einen Kreis in einem Orbitaldiagramm symbolisiert, und jedes Elektron wird durch einen Pfeil symbolisiert, der nach oben oder unten zeigt, um seinen Spin anzuzeigen.

Die elektronische Struktur eines Atoms spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung vieler chemischer und physikalischer Eigenschaften des Elements. Beispielsweise werden die Reaktivität, die Bindungseigenschaften und die Fähigkeit eines Atoms, an chemischen Reaktionen teilzunehmen, durch die Menge und Anordnung seiner Elektronen beeinflusst. Die Energiemenge, die benötigt wird, um einem Atom ein Elektron zu entziehen, wird als Ionisierungsenergie bezeichnet und wird auch durch die elektronische Konfiguration des Atoms bestimmt.

Die Position eines Elements im Periodensystem, das eine Liste der Elemente in aufsteigender Ordnung ihrer Ordnungszahl ist, kann auch anhand der elektronischen Konfiguration des Elements vorhergesagt werden. Das Periodensystem fasst Elemente zusammen, die vergleichbare elektronische Konfigurationen und äquivalente Eigenschaften haben.

Das Pauli-Ausschlussprinzip, das besagt, dass keine zwei Elektronen in einem Atom den gleichen Satz von Quantenzahlen haben können, bestimmt die elektronische Konfiguration eines Atoms. Dementsprechend muss jedes Elektron in einem Atom ein bestimmtes Energieniveau und Orbital bewohnen, und jedes Orbital kann nur ein Elektronenpaar mit entgegengesetztem Spin aufnehmen.

Reagieren Sie auf das JS-Tutorial

Mit verschiedenen spektroskopischen Methoden lässt sich die elektronische Konfiguration eines Atoms direkt ermitteln. Beispielsweise kann die elektrische Konfiguration eines Atoms im Grundzustand mithilfe des Emissionsspektrums eines Elements bestimmt werden, und die Energieniveaus der Elektronen im Atom können mithilfe des Absorptionsspektrums des Elements bestimmt werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die elektronische Konfiguration eines Atoms ein grundlegender Bestandteil seiner Struktur ist und eine Reihe seiner chemischen und physikalischen Eigenschaften beeinflusst. Die Ordnungszahl eines Elements bestimmt seine elektronische Konfiguration, die als Reihe von Zahlen und Symbolen, als Orbitaldiagramm oder als Elektronenhüllendiagramm dargestellt werden kann. Das Pauli-Ausschlussprinzip, das mit spektroskopischen Methoden experimentell ermittelt werden kann, bestimmt die elektronische Konfiguration eines Atoms.

Elektronische Konfigurationen sind nützlich für:

• Die Wertigkeit eines Elements herausfinden.
• Vorhersage der Eigenschaften einer Gruppe von Elementen (Die Eigenschaften von Elementen mit ähnlicher Elektronenkonfiguration sind häufig identisch).
• Analyse des Atomspektrums.

So schreiben Sie eine elektronische Konfiguration

Muscheln

Basierend auf der Hauptquantenzahl kann die größte Anzahl an Elektronen berechnet werden, die in eine Schale passen (n). Die Formel dafür lautet 2n², wobei n die Shell-Nummer ist. In den folgenden Tabellen sind die Schalen, n-Werte und die Gesamtzahl der Elektronen aufgeführt, die hineinpassen.

Unterschalen

• Die azimutale Quantenzahl (dargestellt durch den Buchstaben „l“) bestimmt die Unterschalen, in die Elektronen aufgeteilt werden.
• Der Wert der Hauptquantenzahl n bestimmt den Wert dieser Quantenzahl. Infolgedessen gibt es vier verschiedene Unterschalen, die existieren können, wenn n gleich 4 ist.
• Wenn n=4. Die Unterschalen s, p, d und f sind die entsprechenden Unterschalen für l=0, l=1, l=2 bzw. l=3.
• Die Gleichung 2*(2l+1) gibt an, wie viele Elektronen eine Unterschale in ihrer maximalen Kapazität aufnehmen kann.
• Daher beträgt die größte Anzahl an Elektronen, die in die s-, p-, d- und f-Unterschalen passen, 2, 6, 10 bzw. 14.

Notation

• Mithilfe von Subshell-Labels wird die Elektronenkonfiguration eines Atoms beschrieben. Zu diesen Bezeichnungen gehören die Unterschalennummer und die Schalennummer, die durch die Hauptquantenzahl bestimmt wird.
• die Bezeichnung (bereitgestellt durch die azimutale Quantenzahl) und hochgestellt die Gesamtzahl der Elektronen in der Unterschale.
• Die Notation wäre beispielsweise „1en“.²' wenn es zwei Elektronen in der s-Unterschale der ersten Schale gäbe.
• Die Elektronenkonfiguration von Aluminium (Ordnungszahl 13) kann als 1s ausgedrückt werden²2s²14 Uhr⁶3s²15 Uhr¹Verwenden dieser Subshell-Labels.

Zur Füllung von Atomorbitalen werden das Aufbau-Prinzip, das Pauli-Ausschlussprinzip und die Hundsche Regel verwendet. Diese Richtlinien helfen bei der Entscheidung, wie die Elektronen die zugänglichen Orbitale besetzen.

Aufbau Principle:

Nach dem Aufbau-Prinzip besetzen Elektronen Orbitale in Richtung steigender Energie. Dies weist darauf hin, dass Elektronen, bevor sie Orbitale mit höherer Energie füllen, zunächst die Orbitale mit niedrigerer Energie füllen. Das Periodensystem kann verwendet werden, um die Energieniveaus der Orbitale der Reihe nach zu bestimmen. Die Bezeichnungen für die Orbitale sind eine Kombination aus Buchstaben und Zahlen: Der Buchstabe bezeichnet die Orbitalform oder Unterschale (s, p, d, f) und die Zahl bezeichnet die Hauptquantenzahl (n), die das Energieniveau des Orbitals definiert Orbital.

Pauli-Ausschlussprinzip:

Nach dem Pauli-Ausschlussprinzip können keine zwei Elektronen in einem Atom die gleiche Sammlung von vier Quantenzahlen (n, l, ml und ms) haben. Die größte Anzahl an Elektronen, die in jedes Orbital passen, ist zwei, und sie müssen entgegengesetzte Spins haben.

was xd bedeutet

Hunderegel:

Nach der Hundschen Regel bewohnen Elektronen zunächst getrennte Orbitale mit demselben Spin, wenn sie entartete Orbitale (Orbitale mit derselben Energie) füllen. Dementsprechend werden Elektronen in entarteten Orbitalen ständig versuchen, ihren Gesamtspin zu maximieren.

Mit diesen Prinzipien kann die Füllreihenfolge von Atomorbitalen ermittelt werden.

Die Orbitale werden in der folgenden Reihenfolge gefüllt:

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p und so weiter
• Nehmen Sie als Beispiel die Beladung mit Kohlenstoff (Ordnungszahl 6). Im Kohlenstoff sind sechs Elektronen vorhanden, die die zugänglichen Orbitale auf die oben beschriebene Weise besetzen.
• Das 1s-Orbital wird von den ersten beiden Elektronen gefüllt. Das 2s-Orbital wird mit den nächsten beiden Elektronen gefüllt. Zwei der drei möglichen 2p-Orbitale werden von den verbleibenden zwei Elektronen jeweils mit einem Elektron besetzt. Kohlenstoff hat jetzt die Elektronenstruktur 1s²2s²14 Uhr².

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Aufbau-Prinzip, das Pauli-Ausschlussprinzip und die Hundsche Regel alle steuern, wie sich Atomorbitale füllen. Aufgrund dieser Regeln hat jedes Element eine andere Elektronenkonfiguration, die dabei hilft, die Reihenfolge zu bestimmen, in der Elektronen die verfügbaren Orbitale besetzen.

Elektronische Konfiguration der ersten 30 Elemente in der Reihenfolge zunehmender Ordnungszahl:

Hier sind einige der Gründe, warum die elektronische Konfiguration unerlässlich ist:

1. Chemische Reaktivität

Die chemische Reaktion eines Atoms wird durch seine elektronische Konfiguration bestimmt. Die elektronische Konfiguration bewirkt, dass Reaktionen zwischen Elementen zu Verbindungen führen. Wie leicht ein Atom Elektronen aufnehmen, verlieren oder teilen kann, um chemische Bindungen mit anderen Atomen einzugehen, hängt von der Anzahl und Anordnung der Elektronen im äußersten Energieniveau, der sogenannten Valenzschale, ab. Um beispielsweise eine stabile Konfiguration zu erreichen, neigen Elemente mit einem oder zwei Elektronen in ihrer äußersten Schale dazu, diese Elektronen zu verlieren, während Elemente mit fünf, sechs oder sieben Elektronen in ihrer äußersten Schale dazu neigen, diese Elektronen zu übernehmen. Dies hilft bei der Vorhersage der Arten von Verbindungen, die verschiedene Elemente bilden können.

2. Bindungseigenschaften

Die Art der chemischen Bindungen, die zwischen Atomen entstehen können, wird auch durch ihre elektronische Konfiguration bestimmt. Kovalente Bindungen entstehen typischerweise zwischen Atomen mit vergleichbaren elektronischen Konfigurationen, wohingegen ionische Bindungen typischerweise zwischen Atomen mit unterschiedlichen Konfigurationen entstehen. Die Intensität und Stabilität der erzeugten chemischen Bindungen wird auch von der elektronischen Konfiguration beeinflusst. Beispielsweise ermöglichen die vier Valenzelektronen in der elektronischen Konfiguration des Kohlenstoffatoms die Bildung stabiler kovalenter Bindungen mit anderen Kohlenstoffatomen, was zur Entstehung einer Vielzahl organischer Verbindungen führt.

3. Physikalische Eigenschaften

Die physikalischen Eigenschaften eines Elements wie Schmelz- und Siedepunkt, Dichte und Leitfähigkeit werden auch von seiner elektronischen Struktur beeinflusst. Die Anzahl der Elektronen und ihre Anordnung in der Valenzschale entscheidet über die Stärke der Wechselwirkungen zwischen den Atomen und damit über das physikalische Verhalten eines Elements. Da sich ihre freien Elektronen beispielsweise leicht bewegen und Elektrizität leiten können, weisen Metalle eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit auf.

Zufallswertgenerator in Java

4. Periodische Trends

Das Periodensystem ist nach periodischen Trends organisiert, da es auf der elektronischen Struktur von Atomen basiert. Die regelmäßigen Varianzmuster der Eigenschaften von Elementen im Periodensystem werden als periodische Trends bezeichnet. Änderungen in der elektronischen Konfiguration von Atomen und ihre Auswirkungen auf die Größe, Reaktivität und Bindungseigenschaften von Elementen können zum Verständnis dieser Trends herangezogen werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kenntnis der elektronischen Konfiguration eines Atoms erforderlich ist, um sowohl seine molekularen als auch physikalischen Eigenschaften zu verstehen. Sie ist wichtig für die Vorhersage des chemischen Verhaltens und der Fähigkeit eines Elements, sich mit anderen Elementen zu Verbindungen zu verbinden. Das Verständnis der elektronischen Konfiguration hilft auch bei der Erklärung periodischer Muster und Unterschiede in den Elementeigenschaften im Periodensystem.