The notasi spektrum adalah susunan tahap tenaga elektron mengelilingi nukleus atom. Menurut model atom Bohr lama, elektron menempati pelbagai tahap di orbit sekitar nukleus, dari cangkang pertama yang paling dekat dengan nukleus, K, ke cangkang ketujuh, Q, yang paling jauh dari nukleus.
Dari segi model mekanik kuantum yang lebih halus, cangkang KQ dibahagikan kepada satu set orbital, yang masing-masing dapat ditempati oleh tidak lebih dari satu pasang elektron.
Biasanya, konfigurasi elektron digunakan untuk menggambarkan orbit atom dalam keadaan tanahnya, tetapi ia juga dapat digunakan untuk mewakili atom yang telah terionisasi menjadi kation atau anion, mengimbangi kehilangan atau kenaikan elektron pada orbit masing-masing.
Sebilangan besar sifat fizikal dan kimia unsur dapat dihubungkan dengan konfigurasi elektroniknya yang unik. Elektron valensi, elektron di cengkerang paling luar, adalah faktor penentu bagi kimia unik unsur tersebut.
Apabila elektron di cangkang atom terluar menerima tenaga dari jenis, mereka bergerak ke lapisan tenaga yang lebih tinggi. Oleh itu, elektron dalam shell K akan dipindahkan ke shell L semasa dalam keadaan tenaga yang lebih tinggi.
Apabila elektron kembali ke keadaan tanah, ia membebaskan tenaga yang diserapnya dengan memancarkan spektrum elektromagnetik (cahaya). Oleh kerana setiap atom mempunyai konfigurasi elektronik tertentu, ia juga akan mempunyai spektrum tertentu yang akan disebut spektrum penyerapan (atau pelepasan).
Atas sebab ini, istilah notasi spektrum digunakan untuk merujuk kepada konfigurasi elektron.
Cara menentukan notasi spektrum: nombor kuantum
Sebanyak empat nombor kuantum digunakan untuk menggambarkan sepenuhnya pergerakan dan lintasan setiap elektron dalam atom.
Gabungan semua nombor kuantum semua elektron dalam atom dijelaskan oleh fungsi gelombang yang memenuhi persamaan Schrödinger. Setiap elektron dalam atom mempunyai sekumpulan nombor kuantum yang unik.
Menurut Prinsip Pengecualian Pauli, dua elektron tidak dapat berkongsi gabungan empat nombor kuantum yang sama.
Nombor kuantum penting kerana ia dapat digunakan untuk menentukan konfigurasi elektron atom dan kemungkinan lokasi elektron dalam atom.
Nombor kuantum juga digunakan untuk menentukan ciri atom lain, seperti tenaga pengionan dan jejari atom.
Nombor kuantum menunjukkan cengkerang, subkulit, orbital, dan putaran elektron tertentu.
Ini bermaksud bahawa mereka menggambarkan sepenuhnya ciri elektron dalam atom, iaitu, mereka menerangkan setiap penyelesaian unik untuk persamaan Schrödinger, atau fungsi gelombang, elektron dalam atom.
Terdapat sejumlah empat nombor kuantum: nombor kuantum utama (n), nombor kuantum momentum sudut orbital (l), nombor kuantum magnetik (ml), dan nombor kuantum putaran elektron (ms).
Nombor kuantum utama, nn, menerangkan tenaga elektron dan jarak elektron yang paling mungkin dari nukleus. Dengan kata lain, ini merujuk kepada ukuran orbit dan tahap tenaga di mana elektron diletakkan.
Bilangan subkulit, atau ll, menggambarkan bentuk orbit. Ia juga dapat digunakan untuk menentukan bilangan simpul sudut.
Nombor kuantum magnetik, ml, menggambarkan tahap tenaga dalam subkulit, dan ms merujuk pada putaran pada elektron, yang dapat naik atau turun.
Prinsip Aufbau
Aufbau berasal dari perkataan Jerman "Aufbauen" yang bermaksud "membina." Pada hakikatnya, dengan menulis konfigurasi elektron kita membina orbit elektron ketika kita bergerak dari satu atom ke atom yang lain.
Semasa kita menulis konfigurasi elektron atom, kita akan mengisi orbital dalam urutan nombor atom yang bertambah.
Prinsip Aufbau berasal dari prinsip pengecualian Pauli yang mengatakan bahawa tidak ada dua fermion (contohnya elektron) dalam atom.
Mereka dapat memiliki set bilangan kuantum yang sama, jadi mereka harus "tumpukan" pada tahap tenaga yang lebih tinggi. Bagaimana elektron terkumpul adalah masalah konfigurasi elektron.
Atom stabil mempunyai seberapa banyak elektron seperti yang dilakukan oleh proton dalam nukleus. Elektron berkumpul di sekitar nukleus dalam orbital kuantum mengikuti empat peraturan asas yang disebut prinsip Aufbau.
- Tidak ada dua elektron dalam atom yang mempunyai empat nombor kuantum yang sama n, l, m, dan s.
- Elektron akan menduduki orbit tahap tenaga terendah terlebih dahulu.
- Elektron akan sentiasa mengisi orbit dengan nombor putaran yang sama. Apabila orbit penuh, ia akan bermula.
- Elektron akan mengisi orbit dengan jumlah nombor kuantum n dan l. Orbital dengan nilai sama (n + l) akan diisi terlebih dahulu dengan nilai n yang lebih rendah.
Peraturan kedua dan keempat pada dasarnya sama. Contoh peraturan empat ialah orbit 2p dan 3s.
Orbit 2p adalah n = 2 dan l = 2 dan orbit 3s adalah n = 3 dan l = 1. (N + l) = 4 dalam kedua-dua kes, tetapi orbit 2p mempunyai tenaga terendah atau nilai terendah n dan akan mengisi sebelum lapisan 3s.
Gambar 2: Gambarajah Moeller mengisi konfigurasi elektron.
Nasib baik, rajah Moeller yang ditunjukkan dalam Rajah 2 dapat digunakan untuk melakukan pengisian elektron. Grafik dibaca dengan menjalankan pepenjuru dari 1s.
Rajah 2 menunjukkan orbit atom dan anak panah mengikut jalan ke hadapan.
Sekarang susunan orbit diketahui diisi, satu-satunya perkara yang tinggal ialah menghafal ukuran setiap orbit.
Orbital S mempunyai 1 kemungkinan nilai m l yang mengandungi 2 elektron
Orbital P mempunyai 3 nilai ml yang mungkin mengandungi 6 elektron
Orbit D mempunyai 5 kemungkinan nilai µl untuk menahan 10 elektron
Orbital F mempunyai 7 kemungkinan nilai m l untuk menahan 14 elektron
Ini adalah semua yang diperlukan untuk menentukan konfigurasi elektronik atom unsur yang stabil.
Contohnya, ambil unsur nitrogen. Nitrogen mempunyai tujuh proton dan oleh itu tujuh elektron. Orbit pertama yang diisi adalah orbit 1s. Orbit s mempunyai dua elektron, jadi ada lima elektron yang tersisa.
Orbital seterusnya adalah orbit 2s dan mengandungi dua orbital seterusnya. Tiga elektron terakhir akan menuju ke orbit 2p yang boleh menahan hingga enam elektron.
Peraturan Hund
Bahagian Aufbau membincangkan bagaimana elektron mengisi orbital tenaga terendah terlebih dahulu dan kemudian bergerak ke orbital tenaga tertinggi hanya setelah orbital tenaga terendah penuh.
Walau bagaimanapun, terdapat masalah dengan peraturan ini. Tentunya, orbital 1s mesti diisi sebelum orbital 2s, kerana orbital 1s mempunyai nilai n yang lebih rendah, dan oleh itu tenaga yang lebih rendah.
Dan tiga orbital 2p yang berbeza? Dalam urutan apa mereka mesti diisi? Jawapan untuk soalan ini melibatkan peraturan Hund.
Peraturan Hund menyatakan bahawa:
- Setiap orbit dalam sublevel diduduki secara individu sebelum orbitnya diduduki dua kali.
- Semua elektron dalam orbit yang diduduki secara individu mempunyai putaran yang sama (untuk memaksimumkan jumlah putaran).
Apabila elektron ditugaskan ke orbital, elektron terlebih dahulu berusaha mengisi semua orbital dengan tenaga yang serupa (juga disebut orbital degenerasi) sebelum berpasangan dengan elektron lain dalam orbit separuh penuh.
Atom dalam keadaan tanah cenderung mempunyai sebanyak mungkin elektron yang tidak berpasangan. Dalam memvisualisasikan proses ini, pertimbangkan bagaimana elektron menunjukkan tingkah laku yang sama dengan kutub yang sama dalam magnet jika mereka bersentuhan.
Apabila elektron bercas negatif mengisi orbit, mereka mula-mula berusaha untuk menjauh antara satu sama lain sebelum perlu berpasangan.
Rujukan
- Anastasiya Kamenko, TE (2017, 24 Mac). Nombor Kuantum. Dipulihkan dari chem.libretexts.org.
- Prinsip Aufbau. (2015, 3 Jun). Dipulihkan dari chem.libretexts.org.
- Konfigurasi Elektron dan Sifat Atom. (SF). Dipulihkan dari oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7 September). Konfigurasi elektronik. Dipulihkan dari britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, 7 Mac). Prinsip Aufbau - Struktur Elektronik dan Prinsip Aufbau. Dipulihkan dari thinkco.com.
- Peraturan Hund. (2015, 18 Julai). Dipulihkan dari chem.libretexts.org.
- Notasi Spektroskopi. (SF). Dipulihkan dari bcs.whfreeman.com.