Elektronická konfigurace

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 7. března 2014; kontroly vyžadují 25 úprav .

Elektronová konfigurace - vzorec pro uspořádání elektronů v různých elektronových obalech atomu chemického prvku nebo molekuly .

Elektronická konfigurace je obvykle psána pro atomy v jejich základním stavu . Pro určení elektronické konfigurace prvku existují následující pravidla:

princip plnění . Podle principu plnění elektrony v základním stavu atomu vyplňují orbitály v sekvenci rostoucích orbitálních energetických hladin . Orbitaly s nejnižší energií jsou vždy naplněny jako první.
Pauliho vylučovací princip . Podle tohoto principu nemohou být v žádném orbitalu více než dva elektrony, a to pouze v případě, že mají opačné spiny (nestejná spinová čísla).
Hundovo pravidlo . Podle tohoto pravidla začíná zaplňování orbitalů jedné podslupky jednotlivými elektrony s paralelními (stejným znaménkem) spiny a teprve poté, co jednotlivé elektrony obsadily všechny orbitaly, konečné zaplnění orbitalů páry elektronů s opačnými spiny může dojít.

Z hlediska kvantové mechaniky je elektronická konfigurace úplným výčtem jednoelektronových vlnových funkcí , ze kterých lze s dostatečnou přesností sestavit kompletní vlnovou funkci atomu (v samo- konzistentní aproximace pole).

Obecně řečeno, atom jako složený systém může být plně popsán pouze pomocí plné vlnové funkce . Takový popis je však prakticky nemožný pro atomy složitější než atom vodíku , nejjednodušší ze všech atomů chemických prvků. Vhodným přibližným popisem je metoda self-consistent field . Tato metoda zavádí koncept vlnové funkce každého elektronu. Vlnová funkce celého systému je zapsána jako správně symetrický součin jednoelektronových vlnových funkcí. Při výpočtu vlnové funkce každého elektronu se pole všech ostatních elektronů bere v úvahu jako vnější potenciál , který zase závisí na vlnových funkcích těchto ostatních elektronů.

V důsledku aplikace metody self-konzistentního pole je získán složitý systém nelineárních integro-diferenciálních rovnic , který je stále obtížně řešitelný. Samostatné rovnice pole však mají rotační symetrii původního problému (to znamená, že jsou sféricky symetrické). To umožňuje úplně klasifikovat jednoelektronové vlnové funkce, které tvoří kompletní vlnovou funkci atomu.

Pro začátek, stejně jako u každého centrálně symetrického potenciálu, lze vlnovou funkci v samokonzistentním poli charakterizovat kvantovým číslem celkového momentu hybnosti a kvantovým číslem průmětu momentu hybnosti na nějakou osu . Vlnové funkce s různými hodnotami odpovídají stejné energetické úrovni, to znamená, že jsou degenerované. Také jedna energetická hladina odpovídá stavům s různými projekcemi elektronového spinu na libovolnou osu. Součet pro danou energetickou hladinu vlnových funkcí. Dále pro danou hodnotu momentu hybnosti lze energetické hladiny přečíslovat. Analogicky s atomem vodíku je obvyklé číslovat energetické hladiny pro daný počínaje . Kompletní seznam kvantových čísel jednoelektronových vlnových funkcí, ze kterých lze sestavit vlnovou funkci atomu, se nazývá elektronová konfigurace. Protože je vše degenerováno v kvantovém čísle a ve spinu, stačí uvést celkový počet elektronů, které jsou v daném stavu , . $l$ $m$ $m$ $2(2l+1)$ $l$ $n=l+1$ $m$ $n$ $l$

Dešifrování elektronické konfigurace

Z historických důvodů je ve vzorci elektronické konfigurace kvantové číslo zapsáno latinkou. Stav s se značí písmenem , : , : , : , : a tak dále abecedně. Číslo se zapisuje nalevo od čísla a počet elektronů v datovém stavu a je zapsán nad číslem . Například odpovídá dvěma elektronům ve stavu s , . Kvůli praktickému pohodlí (viz Klechkovského pravidlo ), v plném vzorci elektronické konfigurace, termíny jsou psány ve vzestupném pořadí kvantového čísla a pak kvantové číslo , například . Protože je takový zápis poněkud nadbytečný, je někdy vzorec redukován na , tj. číslo je vynecháno tam, kde jej lze uhodnout z pravidla řazení výrazů. $l$ $l=0$ $s$ $p$ $l=1$ $d$ $l=2$ $F$ $l=3$ $G$ $l=4$ $l$ $n$ $l$ $n$ $l$ $2 s^{2}$ $n=2$ $l=0$ $n$ $l$ $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{3}$ $1s^{2}2s^{2}p^{6}3s^{2}p^{3}$ $n$

Periodický zákon a struktura atomu

Všichni, kdo se podílejí na struktuře atomu při jakémkoliv svém studiu, vycházejí z nástrojů, které jim poskytuje periodický zákon , objevený chemikem D. I. Mendělejevem ; Fyzici a matematici pouze ve svém chápání tohoto zákona používají svůj „jazyk“ k interpretaci jím ukázaných závislostí (ačkoli na toto téma existuje poněkud ironický aforismus J. W. Gibbse [1] ), ale zároveň izolovaně z chemiků, kteří studují hmotu, se vší dokonalostí, výhodami a univerzálností svého aparátu, nemohou svůj výzkum postavit samozřejmě ani fyzici, ani matematici.

Interakce zástupců těchto oborů je sledována i v dalším vývoji tématu. Objev sekundární periodicity E. V. Bironem (1915) poskytl další aspekt v pochopení otázek souvisejících se zákonitostmi struktury elektronových obalů. S. A. Shchukarev , student E. V. Birona a M. S. Vrevského , jeden z prvních na počátku 20. let minulého století, vyjádřil myšlenku, že „periodicita je vlastnost, která je vlastní samotnému jádru“.

Navzdory skutečnosti, že stále neexistuje úplná jasnost v chápání příčin sekundární periodicity, existuje pohled na tento problém, z něhož vyplývá, že jednou z nejdůležitějších příčin tohoto jevu je kainosymetrie objevená S. A. Shchukarevem - první projev tzv. orbitaly nové symetrie ( jiné- řecky καινός - nový a συμμετρία - symetrie; "kainosymetrie", tedy "nová symetrie"). Kainosymetrie - vodík a helium, ve kterých je pozorován orbital s , - prvky z boru na neon (orbital - p ), - prvky první přechodové řady ze skandia na zinek (orbital - d ) a také - lanthanoidy (termín navrhl S. A. Shchukarev, stejně jako aktinidy ) (orbitální - f ). Jak je známo, prvky, které jsou kainosymetrické, mají v mnoha ohledech fyzikální a chemické vlastnosti odlišné od vlastností ostatních prvků patřících do stejné podskupiny.

Jaderná fyzika umožnila odstranit rozpor spojený se „zákazem“ Ludwiga Prandtla [2] . Ve dvacátých letech 20. století formuloval S. A. Shchukarev pravidlo izotopové statistiky, které říká, že v přírodě nemohou existovat dva stabilní izotopy se stejným hmotnostním číslem a nábojem atomového jádra, které se liší o jeden - jeden z nich je nutně radioaktivní . Tento vzor získal svou konečnou podobu v roce 1934 zásluhou rakouského fyzika I. Mattauha a dostal název Mattauch-Shchukarevovo vylučovací pravidlo . [3] [4]

Viz také

Seznam chemických prvků podle elektronické konfigurace

Poznámky

↑ „Matematik si může říkat, co chce, fyzik si musí alespoň zachovat zdravý rozum“ – angl. Matematik může říkat, co chce, ale fyzik musí být alespoň částečně při smyslech — RB Lindsay. O vztahu matematiky a fyziky, The Scientific Monthly, prosinec 1944, 59, 456
↑ "Prohibice" aplikovaná na "open" V. Noddakem a I. Vezměte "masuria"
↑ Technecium – Populární knihovna chemických prvků
↑ S. I. Venetsky Na vzácné a roztroušené. Pohádky o kovech.: M. Hutnictví. 1980 – Oživený „dinosaurus“ (technecium). S. 27

Literatura

S. A. Schukarev. O struktuře hmoty. Příroda, 1922, č. 6-7, 20-39
S. A. Schukarev. O periodicitě vlastností elektronových obalů volných atomů a o odrazu této periodicity ve vlastnostech jednoduchých těles, chemických sloučenin a roztoků elektrolytů. Zprávy. Leningradská státní univerzita, 1954, č. 11, 127-151
Blokhintsev D. I. Základy kvantové mechaniky. 5. vyd. Nauka, 1976. - 664 s.
Landau L. D. , Lifshits E. M. Kvantová mechanika (nerelativistická teorie). — Vydání 4. — M .: Nauka , 1989. — 768 s. - (" Teoretická fyzika ", svazek III). - ISBN 5-02-014421-5 . - § 67
Boum A. Kvantová mechanika: základy a aplikace. M .: Mir, 1990. - 720. léta.
Faddeev LD, Yakubovsky OA Přednášky o kvantové mechanice pro studenty matematiky. Nakladatelství Leningradské univerzity, 1980. - 200s.