Elektroninen konfigurointi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 7. maaliskuuta 2014 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 25 muokkausta .

Elektroninen konfiguraatio - kaava elektronien järjestämiseksi kemiallisen alkuaineen tai molekyylin atomin erilaisiin elektronikuoreihin .

Elektroninen konfiguraatio on yleensä kirjoitettu atomeille niiden perustilassa . Elementin elektronisen konfiguraation määrittämiseksi on olemassa seuraavat säännöt:

täyttöperiaate . Täyttöperiaatteen mukaan atomin perustilassa olevat elektronit täyttävät kiertoradat nousevien kiertoradan energiatasojen järjestyksessä . Alhaisimman energian kiertoradat täytetään aina ensin.
Paulin poissulkemisperiaate . Tämän periaatteen mukaan millään kiertoradalla voi olla korkeintaan kaksi elektronia, ja sitten vain, jos niillä on vastakkaiset spinit (epätasaiset spin-luvut).
Hundin sääntö . Tämän säännön mukaan yhden alikuoren orbitaalien täyttö alkaa yksittäisillä elektroneilla, joilla on yhdensuuntaiset (saman etumerkin) spinit, ja vasta kun yksittäiset elektronit ovat vallanneet kaikki kiertoradat, orbitaalien lopullinen täyttö elektronipareilla, joilla on vastakkaiset spinit. voi tapahtua.

Elektroninen konfiguraatio on kvanttimekaniikan näkökulmasta täydellinen luettelo yhden elektronin aaltofunktioista , joista riittävällä tarkkuudella on mahdollista muodostaa atomin täydellinen aaltofunktio (itse- johdonmukainen kenttäapproksimaatio).

Yleisesti ottaen atomia komposiittijärjestelmänä voidaan kuvata täysin vain koko aaltofunktiolla . Tällainen kuvaus on kuitenkin käytännössä mahdotonta atomeille, jotka ovat monimutkaisempia kuin vetyatomi , yksinkertaisin kemiallisten alkuaineiden atomeista. Kätevä likimääräinen kuvaus on itsestään johdonmukainen kenttämenetelmä . Tämä menetelmä esittelee kunkin elektronin aaltofunktion käsitteen. Koko järjestelmän aaltofunktio kirjoitetaan yhden elektronin aaltofunktioiden oikein symmetrisoituna tulona. Kunkin elektronin aaltofunktiota laskettaessa kaikkien muiden elektronien kenttä otetaan huomioon ulkoisena potentiaalina , mikä puolestaan riippuu näiden muiden elektronien aaltofunktioista.

Itsekonsistentin kenttämenetelmän soveltamisen tuloksena saadaan monimutkainen epälineaaristen integro-differentiaaliyhtälöiden järjestelmä , jota on edelleen vaikea ratkaista. Itseyhdenmukaisilla kenttäyhtälöillä on kuitenkin alkuperäisen ongelman rotaatiosymmetria (eli ne ovat pallosymmetrisiä). Tämä mahdollistaa atomin täydellisen aaltofunktion muodostavien yhden elektronin aaltofunktioiden luokittelun.

Aluksi, kuten missä tahansa keskeisesti symmetrisessä potentiaalissa, itseyhdenmukaisen kentän aaltofunktio voidaan luonnehtia kokonaiskulmaliikemäärän kvanttiluvulla ja liikemäärän jollekin akselille projektion kvanttiluvulla . Eriarvoiset aaltofunktiot vastaavat samaa energiatasoa, eli ne ovat rappeutuneet. Lisäksi yksi energiataso vastaa tiloja, joilla on erilaiset elektronin spinin projektiot mille tahansa akselille. Yhteensä aaltofunktioiden tietylle energiatasolle . Lisäksi tietylle kulmamomentin arvolle energiatasot voidaan numeroida uudelleen. Analogisesti vetyatomin kanssa on tapana numeroida tietyn energiatasot alkaen . Täydellistä luetteloa yhden elektronin aaltofunktioiden kvanttiluvuista, joista atomin aaltofunktio voidaan muodostaa, kutsutaan elektroniseksi konfiguraatioksi. Koska kaikki on degeneroitunut kvanttiluvun ja spinin suhteen, riittää, että ilmoitetaan annetussa tilassa olevien elektronien kokonaismäärä . $l$ $m$ $m$ $2(2l+1)$ $l$ $n=l+1$ $m$ $n$ $l$

Sähköisen kokoonpanon salauksen purku

Historiallisista syistä elektronisessa konfiguraatiokaavassa kvanttiluku kirjoitetaan latinalaisilla kirjaimilla. Tila on merkitty kirjaimella , : , : , : , : ja niin edelleen aakkosjärjestyksessä. Numero kirjoitetaan luvun vasemmalle puolelle ja datatilassa olevien elektronien määrä luvun yläpuolelle . Esimerkiksi vastaa kahta elektronia tilassa , . Käytännön mukavuuden vuoksi (katso Klechkovskyn sääntö ) elektronisen konfiguraation täydellisessä kaavassa termit kirjoitetaan kvanttiluvun nousevassa järjestyksessä ja sitten esimerkiksi kvanttiluvun . Koska tällainen merkintä on jossain määrin redundantti, joskus kaava pienennetään arvoon , eli numero jätetään pois, jos se voidaan arvata termistä järjestyssääntö. $l$ $l = 0$ $s$ $s$ $l = 1$ $d$ $l = 2$ $f$ $l = 3$ $g$ $l = 4$ $l$ $n$ $l$ $n$ $l$ $2s^{2}$ $n = 2$ $l = 0$ $n$ $l$ $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{3}$ $1s^{2}2s^{2}p^{6}3s^{2}p^{3}$ $n$

Periodinen laki ja atomin rakenne

Kaikki ne, jotka osallistuvat atomin rakenteeseen missä tahansa tutkimuksessaan, lähtevät työkaluista, jotka heille tarjotaan kemisti D. I. Mendelejevin löytämän jaksollisen lain mukaan ; vain ymmärtäessään tätä lakia fyysikot ja matemaatikot käyttävät "kieltään" tulkitakseen hänen osoittamiaan riippuvuuksia (vaikka J. W. Gibbsillä on tästä aiheesta melko ironinen aforismi [1] ), mutta samaan aikaan eristyksissä. kemististä, jotka tutkivat ainetta, heidän laitteistonsa täydellisyydellään, eduilla ja yleismaailmallisuudella, fyysikot tai matemaatikot eivät tietenkään voi rakentaa tutkimustaan.

Näiden tieteenalojen edustajien vuorovaikutusta havaitaan myös aiheen jatkokehityksessä. E. V. Bironin (1915) sekundäärisen jaksollisuuden löytö tarjosi toisen näkökohdan elektronikuorten rakenteen säännönmukaisuuksien ymmärtämiseen. S. A. Shchukarev , E. V. Bironin ja M. S. Vrevskin oppilas , yksi ensimmäisistä 1920-luvun alussa, ilmaisi ajatuksen, että "jaksollisuus on ominaisuus, joka kuuluu ytimeen".

Huolimatta siitä, että sekundaarisen jaksollisuuden syiden ymmärtämisessä ei ole vieläkään täydellistä selkeyttä, tähän ongelmaan on olemassa näkemys, mikä tarkoittaa, että yksi tämän ilmiön tärkeimmistä syistä on S. A. Shchukarevin löytämä kainosymmetria - ensimmäinen ilmentymä uuden symmetrian kiertoradat ( muut- kreikaksi καινός - uusi ja συμμετρία - symmetria; "kainosymmetria", eli "uusi symmetria"). Kainosymmetriat - vety ja helium, joissa s -kiertorata havaitaan , - elementit boorista neoniin ( orbitaali - p ), - ensimmäisen siirtymärivin elementit skandiumista sinkkiin (orbitaali - d ) , ja myös - lantanidit (termi ehdotti S. A. Shchukarev, samoin kuin aktinidit ) (orbitaali - f ). Kuten tiedetään, kainosymmetrisillä alkuaineilla on monessa suhteessa erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet kuin muilla samaan alaryhmään kuuluvilla alkuaineilla.

Ydinfysiikka mahdollisti Ludwig Prandtlin "kieltoon" liittyvän ristiriidan poistamisen [2] . 1920-luvulla S. A. Shchukarev muotoili isotooppitilaston säännön, jonka mukaan luonnossa ei voi olla kahta stabiilia isotooppia , joilla on sama massaluku ja atomiytimen varaus, jotka eroavat yhdellä - yksi niistä on välttämättä radioaktiivinen . Tämä kuvio sai lopullisen muotonsa vuonna 1934 itävaltalaisen fyysikon I. Mattauhin ansiosta ja sai nimen Mattauch-Shchukarevin poissulkemissääntö . [3] [4]

Katso myös

Luettelo kemiallisista alkuaineista elektronisen konfiguraation mukaan

Muistiinpanot

↑ "Matemaatiko voi sanoa mitä haluaa, fyysikon on ainakin säilytettävä järki" - englanti. Matemaatikko voi sanoa mitä tahansa, mutta fyysikon on oltava ainakin osittain järkevä (RB Lindsay). Matematiikan ja fysiikan suhteesta, The Scientific Monthly, joulukuu 1944, 59, 456
↑ V. Noddak ja I soveltavat "kieltoa" sanaan "avoin" . Ota "masuria"
↑ Technetium – suosittu kemiallisten elementtien kirjasto
↑ S. I. Venetsky On harvinaista ja hajallaan. Tarinoita metalleista.: M. Metallurgia. 1980 - Elvytetty "dinosaurus" (teknetium). S. 27

Kirjallisuus

S. A. Schukarev. Aineen rakenteesta. Nature, 1922, nro 6-7, 20-39
S. A. Schukarev. Vapaiden atomien elektronikuorten ominaisuuksien jaksotuksesta ja tämän jaksollisuuden heijastumisesta yksinkertaisten kappaleiden, kemiallisten yhdisteiden ja elektrolyyttiliuosten ominaisuuksiin. Uutiset. Leningradin valtionyliopisto, 1954, nro 11, 127-151
Blokhintsev D. I. Kvanttimekaniikan perusteet. 5. painos Nauka, 1976. - 664 s.
Landau L.D. , Lifshits E.M. Kvanttimekaniikka (ei-relativistinen teoria). - Painos 4. — M .: Nauka , 1989. — 768 s. - (" Teoreettinen fysiikka ", osa III). - ISBN 5-02-014421-5 . - § 67
Boum A. Kvanttimekaniikka: perusteet ja sovellukset. M .: Mir, 1990. - 720-luvut.
Faddeev LD, Yakubovsky OA Luentoja kvanttimekaniikasta matematiikan opiskelijoille. Leningradin yliopiston kustantamo, 1980. - 200s.