Elektronička konfiguracija

Iz Wikipedije, besplatne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretraživanje
Elektroničke atomske i molekularne orbitale

Konfiguracija elektrona je formula za raspored elektrona u različitim elektronskim omotačima atoma kemijskog elementa ili molekule .

Elektronička konfiguracija obično se piše za atome u njihovom osnovnom stanju. Za određivanje elektroničke konfiguracije elementa postoje sljedeća pravila:

  1. Princip punjenja . Prema principu punjenja, elektroni u osnovnom stanju atoma ispunjavaju orbitale u nizu rastućih razina orbitalne energije. Najprije se uvijek popunjavaju orbitale najniže energije.
  2. Paulijevo načelo isključenja . Prema ovom principu, u bilo kojoj orbiti ne mogu biti više od dva elektrona i to samo ako imaju suprotne spinove (nejednaki brojevi spina).
  3. Hundovo pravilo . Prema ovom pravilu, popunjavanje orbitala jedne podljuske započinje pojedinačnim elektronima s paralelnim (identičnim predznakom) spinovima, a tek nakon što pojedinačni elektroni zauzmu sve orbitale, konačno punjenje orbitala parovima elektrona sa suprotnim spinovima može potrajati mjesto.

S gledišta kvantne mehanike, elektronička je konfiguracija potpuni popis jednoelektronskih valnih funkcija iz kojih je, s dovoljnim stupnjem točnosti, moguće sastaviti potpunu valnu funkciju atoma (u samo dosljedna aproksimacija polja).

Općenito govoreći, atom se kao složeni sustav može u potpunosti opisati samo funkcijom punog vala . Međutim, takav je opis praktički nemoguć za atome složenije od atoma vodika - najjednostavnijeg od svih atoma kemijskih elemenata. Prikladan približan opis je metoda samokonzistentnog polja . Ova metoda uvodi pojam valne funkcije svakog elektrona. Valna funkcija cijelog sustava napisana je kao prikladno simetriziran umnožak jednoelektronskih valnih funkcija. Prilikom izračunavanja valne funkcije svakog elektrona, polje svih ostalih elektrona uzima se u obzir kao vanjski potencijal , koji pak ovisi o valnim funkcijama tih drugih elektrona.

Kao rezultat primjene metode samokonzistentnog polja dobiva se složen sustav nelinearnih integro - diferencijalnih jednadžbi koje je još uvijek teško riješiti. Međutim, samokonzistentne jednadžbe polja imaju rotacijsku simetriju izvornog problema (to jest, sferno su simetrične). To omogućuje potpunu klasifikaciju jednoelektronskih valnih funkcija koje čine ukupnu valnu funkciju atoma.

Za početak, kao i u svakom središnje simetričnom potencijalu, valnu funkciju u samokonzistentnom polju možemo okarakterizirati kvantnim brojem ukupnog kutnog momenta i kvantni broj projekcije kutnog momenta na neku os ... Valne funkcije s različitim vrijednostima odgovaraju istoj razini energije, odnosno degenerirani su. Također, jedna razina energije odgovara stanjima s različitim projekcijama spina elektrona na bilo kojoj osi. Ukupno za datu razinu energije valne funkcije. Nadalje, pri zadanoj vrijednosti kutnog momenta, razine energije mogu se prenumerirati. Po analogiji s atomom vodika, uobičajeno je nabrojati razine energije za određenu vrijednost počevši od ... Cjeloviti popis kvantnih brojeva jednoelektronskih valnih funkcija iz kojih se može sastaviti valna funkcija atoma naziva se elektronička konfiguracija. Budući da je sve degenerirano u kvantnom broju a na spinu je dovoljno samo naznačiti ukupan broj elektrona u stanju s datim , ...

Dešifriranje elektroničke konfiguracije

Tablica elektroničke konfiguracije

Iz povijesnih razloga, u formuli za elektroničku konfiguraciju, kvantni broj napisana latiničnim slovima. Država s označeno slovom , : , : , : , : i dalje po abecedi. Lijevo od broja napiši broj , i na vrhu broja - broj elektrona u stanju s podacima i ... Na primjer odgovara dva elektrona u stanju s , ... Zbog praktične praktičnosti (vidi pravilo Klechkovsky ), u potpunoj formuli za elektroničku konfiguraciju pojmovi su zapisani redoslijedom povećanja kvantnog broja a zatim kvantni broj , na primjer ... Budući da je ovaj zapis pomalo suvišan, ponekad se formula skraćuje na , odnosno izostavljaju broj gdje se to može naslutiti iz pojma pravilo naručivanja.

Periodični zakon i građa atoma

Svi oni koji su uključeni u strukturu atoma u bilo kojem svom istraživanju polaze od alata koje im pruža periodični zakon , koji je otkrio kemičar DI Mendeleev ; samo u svom razumijevanju ovog zakona, fizičari i matematičari koriste svoj "jezik" za tumačenje ovisnosti koje pokazuju (doduše, po tom pitanju poznat je prilično ironičan aforizam J.W. Gibbsa [1] ), ali istodobno, izoliran od kemičara koji proučavaju materiju, uz svu savršenost, prednosti i svestranost svog aparata, ni fizika ni matematika, naravno, ne mogu izgraditi svoja istraživanja.

Interakcija predstavnika ovih disciplina promatra se u daljnjem razvoju teme. Otkriće sekundarne periodičnosti od strane E.V.Birona (1915) dalo je još jedan aspekt u razumijevanju pitanja koja se odnose na pravilnosti strukture elektronskih ljuski. S. A. Shchukarev , učenik E. V. Birona i M. S. Vrevskog , bio je jedan od prvih, početkom 1920 -ih , koji je izrazio ideju da je "periodičnost svojstvo svojstveno samoj jezgri".

S tom potpunom jasnoćom u razumijevanju uzroka sekundarne frekvencije nije tako daleko, postoji stav o ovom pitanju, znači da je jedan od glavnih razloga ove pojave otvorena SA Shchukarev kaynosimmetrija - prva manifestacija nove orbitalna simetrija ( drugi- grč. καινός - nova i starogrčka συμμετρία - simetrija; "kainosimetrija", odnosno "nova simetrija"). Kainosimetrija - vodik i helij , u kojima se promatra s orbitala, - elementi iz bora u neon (orbitala - p ), - elementi prve prijelazne serije iz skandija u cink (orbitala - d ), te također - lantanidi (izraz predložio je SA Shchukarev, kao i aktinidi ) (orbitala - f ). Kao što je poznato, elementi koji su kainosimetrični imaju, u mnogim aspektima, fizikalno -kemijska svojstva koja se razlikuju od onih drugih elemenata koji pripadaju istoj podskupini.

Nuklearna fizika omogućila je uklanjanje kontradikcije povezane sa "zabranom" Ludwiga Prandtla [2] . 1920 -ih godina S. A. Shchukarev formulirao je pravilo statistike izotopa, koje kaže da u prirodi ne mogu postojati dva stabilna izotopa s istim masenim brojem i nabojem atomske jezgre, koji se razlikuju po jednom - jedan od njih je nužno radioaktivan . Ovaj je uzorak svoj konačni oblik dobio 1934. godine zahvaljujući austrijskom fizičaru I. Mattauchu , a dobio je ime pravila zabrane Mattaukh-Shchukarev . [3] [4]

vidi također

Bilješke (uredi)

  1. "Matematičar može reći što god želi, fizičar mora barem zadržati zdrav razum" - Eng. Matematičar može reći što god želi, ali fizičar mora biti barem djelomično zdrav - RB Lindsay. O odnosu matematike i fizike, The Scientific Monthly, prosinac 1944., 59, 456
  2. "Zabrana" djelovala u odnosu na "masuriju" "otvorenu" V. Noddaka i mene. Uzmi
  3. Technetium - Popularna biblioteka kemijskih elemenata
  4. S.I. Venetsky O rijetkim i raštrkanim. Priče o metalima.: M. Metalurgija. 1980. - ponovno rođen "dinosaurus" (tehnecij). Str. 27

Književnost

  • S. A. Shchukarev. O građi tvari. Nature, 1922, br. 6-7, 20-39
  • S. A. Shchukarev. O periodičnosti svojstava elektronskih omotača slobodnih atoma i o odrazu te periodičnosti u svojstvima jednostavnih tijela, kemijskih spojeva i otopina elektrolita. Voditi. Lenjingradsko državno sveučilište, 1954., br. 11, 127-151
  • Blokhintsev D.I., Osnove kvantne mehanike. 5. izd. Znanost, 1976.- 664s.
  • Landau, L. D. , Lifshits, E. M. Kvantna mehanika (nerelativistička teorija). - 4. izdanje. - M .: Nauka , 1989.- 768 str. - (" Teorijska fizika ", svezak III). -ISBN 5-02-014421-5 . - § 67
  • Bowm A. Kvantna mehanika: temelji i primjena. M.: Mir, 1990.- 720 str.
  • Faddeev L. D., Yakubovskiy O. A. Predavanja o kvantnoj mehanici za studente matematike. Nakladnička kuća Sveučilišta Lenjingrad, 1980. - 200 -te.