Notation spectrale

Table qui indique les niveaux et les orbitales

Qu'est-ce que la notation spectrale?

La Notation spectrale C'est la disposition des électrons à des niveaux d'énergie autour du noyau d'un atome. Selon l'ancien modèle atomique de Bohr, les électrons occupent plusieurs niveaux en orbites autour du noyau, de la première couche la plus proche du noyau, k, à la septième couche, Q, qui est la plus éloignée du noyau.

En termes de modèle mécanique quantique plus raffiné, les couches K-Q sont subdivisées en un ensemble d'orbitales, dont chacune ne peut être occupée par plus de quelques électrons.

Généralement, la configuration électronique est utilisée pour décrire les orbitales d'un atome dans son état fondamental, mais il peut également être utilisé pour représenter un atome qui a été ionisé dans un cation ou un anion, compensant la perte ou le gain d'électrons dans leurs orbitales respectives.

De nombreuses propriétés physiques et chimiques des éléments peuvent être corrélées avec leurs configurations électroniques uniques. Les électrons de Valencia, électrons dans la couche la plus externe, sont le facteur déterminant de la chimie unique de l'élément.

Lorsque les électrons de la couche la plus externe d'un atome reçoivent de l'énergie d'une certaine sorte, ils se déplacent vers de plus grandes couches d'énergie. Ainsi, un électron dans la couche K sera transféré sur la couche L étant dans un état de plus grande énergie.

Lorsque l'électron revient à son état fondamental, il libère l'énergie qu'elle a absorbée en émettant un spectre électromagnétique (lumière). Étant donné que chaque atome a une configuration électronique spécifique, il aura également un spectre spécifique qui sera appelé spectre d'absorption (ou d'émission).

Pour cette raison, le terme notation spectrale est utilisé pour faire référence à la configuration électronique.

Comment déterminer la notation spectrale: nombres quantiques

Un total de quatre nombres quantiques sont utilisés pour décrire complètement le mouvement et les trajectoires de chaque électron à l'intérieur d'un atome.

La combinaison de tous les nombres quantiques de tous les électrons dans un atome est décrit par une fonction d'onde qui répond à l'équation de Schrödinger. Chaque électron dans un atome a un ensemble unique de nombres quantiques.

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Selon le principe d'exclusion de Pauli, deux électrons ne peuvent pas partager la même combinaison de quatre nombres quantiques.

Les nombres quantiques sont importants car ils peuvent être utilisés pour déterminer la configuration électronique d'un atome et l'emplacement probable des électrons d'atome.

Des nombres quantiques sont également utilisés pour déterminer d'autres caractéristiques des atomes, tels que l'énergie d'ionisation et le rayon atomique.

Nombres quantiques désignent des coquilles, des sous-valises, des orbitales et des tours d'électrons spécifiques.

Cela signifie qu'ils décrivent complètement les caractéristiques d'un électron dans un atome, c'est-à-dire qu'ils décrivent chaque solution unique à l'équation de Schrödinger, ou la fonction d'onde, les électrons dans un atome.

Il y a un total de quatre nombres quantiques: le principal nombre quantique (n), le nombre quantique de l'orbital angulaire (L), le nombre quantique magnétique (ml) et le nombre quantique de spin électronique (MS).

Le numéro quantique principal, NN, décrit l'énergie d'un électron et la distance la plus probable de l'électron noyau. En d'autres termes, il fait référence à la taille de l'orbital et du niveau d'énergie dans lequel un électron est placé.

Le nombre de sous-cacs, ou LL, décrit la forme de l'orbital. Il peut également être utilisé pour déterminer le nombre de nœuds angulaires.

Le nombre quantique magnétique, ML, décrit les niveaux d'énergie dans une sous-rampe, et plus se réfère au spin sur l'électron, qui peut être en haut ou en bas.

Principe AUFBAU

Aufbau vient du mot allemand Aufbauen, Que signifie "construire". Essentiellement, lorsque nous écrivons des configurations d'électrons, nous construisons des orbitales électroniques alors que nous passons d'un atome à un autre.

Au moment où nous écrivons la configuration électronique d'un atome, nous remplirons les orbitales dans l'ordre croissant du numéro atomique.

Le principe d'Aufbau provient du principe d'exclusion de Pauli, qui dit qu'il n'y a pas deux fermions (par exemple, les électrons) dans un atome.

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Ils peuvent avoir le même ensemble de nombres quantiques, ils doivent donc "s'accumuler" à des niveaux d'énergie plus élevés. Comment les électrons s'accumulent est un sujet de paramètres d'électrons.

Les atomes stables ont autant d'électrons que les protons dans le noyau. Les électrons se rassemblent autour du noyau dans les orbitales quantiques suivant quatre règles de base appelées principes aufbau.

1. Il n'y a pas deux électrons dans l'atome qui partageaient les quatre mêmes nombres quantiques n, l, m et s.

2. Les électrons occuperont d'abord les orbitales du niveau d'énergie le plus bas.

3. Les électrons rempliront toujours les orbitales avec le même numéro de spin. Lorsque les orbitales seront pleines, elle commencera.

4. Les électrons rempliront les orbitales pour la somme des nombres quantiques n et l. Les orbitales avec des valeurs égales (n + l) seront remplies d'abord avec des valeurs N inférieures.

Les deuxième et quatrième règles sont fondamentalement les mêmes. Un exemple de la règle quatre serait les orbitales 2p et 3s.

Une orbitale 2p est n = 2 et l = 2 et une orbitale 3s est n = 3 et l = 1. (N + l) = 4 dans les deux cas, mais l'orbital 2p a la plus faible énergie ou la valeur inférieure et sera rempli avant la couche 3.

Figure 2: Diagramme Moeller du remplissage de configuration électronique

Heureusement, vous pouvez utiliser le diagramme Moeller illustré à la figure 2 pour remplir les électrons. Le graphique est lu en exécutant les diagonales de 1.

La figure 2 montre que les orbitales atomiques et les flèches indiquent la façon de suivre.

Maintenant qu'il est connu que l'ordre des orbitales est rempli, la seule chose qui reste est de mémoriser la taille de chaque orbitale.

Les orbitales ont 1 valeur possible de m_l Contenir 2 électrons

Les orbitales P ont 3 valeurs possibles de m_l Contenir 6 électrons

Les orbitales ont 5 valeurs possibles de m_l Contenir 10 électrons

F Les orbitales ont 7 valeurs possibles_l Contenir 14 électrons

C'est tout ce qui est nécessaire pour déterminer la configuration électronique d'un atome stable d'un élément.

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Par exemple, prenez l'élément d'azote. L'azote a sept protons et, par conséquent, sept électrons. La première orbitale à remplir est l'orbital 1. Une orbitale S a deux électrons, il reste donc cinq électrons.

L'orbitale suivant est l'orbitale 2S et contient les deux suivants. Les trois derniers électrons iront à l'orbitale 2p qui peut contenir jusqu'à six électrons.

Règne

La section Aufbau a discuté de la façon dont les électrons remplissent d'abord les orbitales d'énergie les plus bas.

Cependant, il y a un problème avec cette règle. Certes, les orbitales 1S doivent être remplies avant les orbitales 2S, car les orbitales 1 ont une valeur inférieure de n et, par conséquent, une énergie inférieure.

Et les trois orbitales différentes? Dans lequel l'ordre doit être rempli? La réponse à cette question implique la règle du swin.

La règle du puits établit que:

- Chaque orbitale d'un sous-niveau est occupé individuellement avant qu'une orbite est doublement occupée.

- Tous les électrons dans les orbitales occupées individuellement ont le même virage (pour maximiser le virage total).

Lorsque des électrons sont affectés à des orbitales, un électron cherche d'abord à remplir toutes les orbitales d'une énergie similaire (également appelée orbitales dégénérées) avant de faire correspondre un autre électron dans une demi-orbitale à moitié pleine.

Les atomes dans les états de la Terre ont tendance à avoir autant d'électrons non appariés que possible. Lors de la visualisation de ce processus, considérez comment les électrons présentent le même comportement que les mêmes pôles dans un aimant s'ils contactent.

Lorsque les électrons chargés négativement remplissent les orbitales, ils essaient d'abord de s'enfuir autant que possible avant de devoir correspondre.

Les références

1. Nombres quantiques. Chem récupéré.Bibliothèque.org.
2. Configurations électroniques et propriétés des atomes (S.F.). Récupéré de Oneonta.Édu.
3. Configuration électronique. Récupéré de Britannica.com.