Para un átomo en estado estable, los electrones fuera del núcleo se ordenarán según el principio de menor energía en la medida de lo posible. Además, como no es posible apiñar todos los electrones, también se deben seguir el principio de exclusión de Pauli y la ley de Hunter. En términos generales, bajo la guía de estas tres reglas, se puede deducir la configuración electrónica extranuclear de los átomos de los elementos, y no hay excepciones entre los primeros 36 elementos requeridos en la escuela secundaria.
1. Principio de mínima energía
Cuando los electrones están dispuestos fuera del núcleo, la energía de los electrones debe ser la más baja posible. ¿Cómo se puede minimizar la energía de los electrones? Por ejemplo, si nos paramos en el suelo, no sentiremos ningún peligro; si nos paramos en el techo del piso 20, sentiremos mucho miedo al mirar hacia abajo. Esto se debe a que cuanto mayor sea la energía potencial del objeto, mayor será la energía potencial del objeto. Al igual que la caída libre, nunca hemos visto un objeto elevarse del suelo al aire por iniciativa propia. Si un objeto quiere pasar del suelo al aire, debe tener una fuerza externa. El electrón en sí es una sustancia con la misma propiedad, es decir, siempre quiere estar en un estado más seguro (o estable) (el estado fundamental), que es el estado con menor energía. Cuando hay una fuerza externa actuando sobre él, el electrón también puede absorber energía a un estado de mayor energía (estado excitado), pero siempre quiere volver al estado fundamental. En términos generales, la energía de los electrones más cercanos al núcleo es menor a medida que aumenta el número de capas de electrones, la energía de los electrones se vuelve cada vez mayor. En la misma capa, la energía de cada subcapa es del orden de S. P, D y f Cada vez más, el resultado total de estos dos efectos muestra que el orden de los electrones fuera del núcleo es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p...
2. Burbujas Ya sabemos que el estado de movimiento de un electrón se puede describir desde cuatro aspectos: la capa de electrones, la subcapa de electrones, la dirección de extensión de la nube de electrones y la dirección de espín del electrón. No hay ni puede haber dos electrones en el mismo átomo con exactamente el mismo estado de movimiento. Esto es lo que nos dice el principio de exclusión de Pauli. Según esta regla, si dos electrones están en la misma órbita, sus direcciones de espín deben ser opuestas. En otras palabras, cada orbital sólo puede contener dos electrones con direcciones de espín opuestas. Es como tomar un ascensor. Cada persona equivale a un electrón y cada ascensor equivale a una vía. Suponiendo que el ascensor sea lo suficientemente pequeño, cada ascensor solo puede ser utilizado por dos personas al mismo tiempo. Una persona debe sentarse con la cabeza levantada y la otra debe estar de pie boca abajo (para aprovechar al máximo el espacio). . Según el principio de exclusión de Pauli, sabemos que la subcapa S tiene solo 1 órbita, que puede acomodar dos electrones con espines opuestos; la subcapa P tiene tres órbitas, y la subcapa F tiene un total de * * *; cinco orbitales, se pueden acomodar un total de 10 electrones. También sabemos que la primera capa de electrones (capa K) tiene solo una subcapa 1s, que puede acomodar hasta dos electrones; la segunda capa de electrones (capa L) incluye dos subcapas, 2s y 2p, y puede acomodar; un total de 8 electrones La tercera capa de electrones (capa M) incluye subcapas 3s, 3p y 3d, y el total * * * puede acomodar 18 electrones... El total * * * de la enésima capa puede acomodar 2n2 electrones; .
3. Regla de Hunter
La regla de caza resumida a partir de los resultados experimentales de la espectroscopia tiene dos significados: primero, cuando los electrones se disponen fuera del núcleo, ocuparán posiciones diferentes tanto como sea posible. posible Orbital, espín paralelo; el segundo significado de la regla de Hunter es que para la misma subcapa electrónica, cuando la configuración electrónica es
completa (s2, p6, d10, f14)
Medio lleno (s1, p3, d5, f7)
Es más estable cuando está completamente vacío (s0, p0, d0, f0). Esto es similar a cuando tomamos un ascensor. O el ascensor está vacío, solo hay una persona en el ascensor o hay dos personas apiñadas en el ascensor. Todos se sienten relativamente iguales y nadie se queja. Si hay dos personas apiñadas en algunos ascensores y solo una persona en algunos ascensores, o solo hay una persona en algunos ascensores y nadie en algunos ascensores, alguien inevitablemente se quejará. Este es el llamado estado inestable.
En segundo lugar, el método de configuración electrónica extranuclear
Para la configuración electrónica extranuclear de un átomo elemento, primero determine el número de electrones extranucleares del átomo (es decir, el número de átomos, protones número y carga nuclear), como el elemento cromo 24, que tiene un total de 24 electrones fuera del núcleo, y luego estos 24 electrones se organizan desde el subnivel de energía más bajo hasta el subnivel de energía más alto. La siguiente subcapa se llena solo después de que se llena la subcapa anterior. La forma de ordenar los electrones en la capa más externa también debe consultarse con la ley de Hunter. Por ejemplo, los 24 electrones extranucleares del elemento 24, el cromo, están ordenados de la siguiente manera
1s 222 p 63s 23 p 64s 23d 4<. /p>
Según la ley de Hunter, la subcapa D es relativamente estable cuando está medio llena, por lo que su disposición debería ser:
1s 222 p 63s 23 p 64s 13d 5
Finalmente, según la gente El hábito, "Cada capa de electrones no está separada", se reescribe como
1s 222 p 63s 23 p 63d 54s 1
Simplemente hazlo.
3. Aplicación de la configuración electrónica extranuclear en química de secundaria.
1. La relación entre la configuración electrónica extranuclear del átomo y la expresión orbital y el diagrama de la estructura atómica: El contenido descrito por la disposición electrónica extranuclear del átomo es exactamente el mismo que el descrito por el orbital. expresión. Relativamente hablando, la expresión orbital es más detallada. No solo puede indicar claramente en qué capas y subcapas de electrones se encuentra la configuración electrónica extranuclear del átomo, sino que también puede indicar si estos electrones están en el mismo estado de espín o en el opuesto, y el extranuclear. La disposición de los electrones no tiene esta última función. En el diagrama esquemático de la estructura atómica se puede observar que los electrones están dispuestos en una capa fuera del núcleo, pero no se indican las subcapas sobre las que se distribuyen los electrones, ni tampoco el espín de cada electrón. Su ventaja es que puede ver directamente la carga nuclear del átomo (o el número total de electrones fuera del núcleo).
2. La relación entre la configuración electrónica extranuclear de los átomos y la ley periódica de los elementos.
En un átomo, el núcleo está situado en el centro de todo el átomo, y los electrones se mueven alrededor del núcleo a gran velocidad fuera del núcleo. Debido a que los electrones se mueven en diferentes regiones lejos del núcleo, podemos pensar en los electrones dispuestos en capas fuera del núcleo. Según los tres principios de la configuración electrónica extranuclear, la configuración electrónica extranuclear de todos los átomos se encuentra alrededor del núcleo. Se encuentra que la configuración electrónica extranuclear sigue las siguientes reglas: los electrones extranucleares se distribuyen tanto como sea posible en la capa de electrones de baja energía. (más cerca del núcleo); si los electrones El número de capas es n, entonces el número máximo de electrones en esta capa es 2n2, no importa qué capa sea, si es la capa de electrones más externa, la cantidad de electrones en esta. La capa no puede exceder de 8. Si es la penúltima capa (la segunda capa exterior), el número de electrones en esta capa no puede exceder de 18. Este resultado determina el patrón de cambio periódico de la configuración electrónica fuera del núcleo del elemento y coloca los elementos de la misma columna de la tabla periódica en un grupo basado en la misma configuración electrónica más externa. Los períodos se dividen en función de los cambios periódicos en la configuración electrónica fuera del núcleo.
Por ejemplo, el número de tipos de elementos contenidos en el primer período es 2, que está determinado por 1s1~2.
El número de elementos en el segundo período es 8, determinado por 2s1~22p0~6.
El número de elementos en el tercer período es 8, determinado por 3s1~23p0~6.
El número de elementos en el cuarto período es 18, determinado por 4s1~23d0~104p0~6.
Se puede observar que las reglas de configuración electrónica extranuclear de los elementos son la base principal para la división de la tabla periódica de los elementos y la fuente de los cambios periódicos en las propiedades de los elementos. Para el mismo grupo de elementos, de arriba a abajo, a medida que aumenta el número de capas de electrones, el radio atómico se hace cada vez más grande, la atracción del núcleo atómico hacia los electrones más externos se hace cada vez más pequeña y los electrones más externos se vuelven cada vez más pequeños. es más probable que se pierda, es decir, las propiedades del oro son cada vez más fuertes para los elementos del mismo período, a medida que aumenta la carga nuclear, la atracción del núcleo atómico hacia los electrones externos se vuelve cada vez más fuerte, lo que provoca el radio atómico; disminuir gradualmente, la metalicidad empeorará cada vez más y las propiedades no metálicas se volverán cada vez más intensas.
3. La configuración electrónica extranuclear de los elementos y las propiedades químicas de los elementos.
Las propiedades químicas de un elemento están directamente determinadas por la configuración electrónica extranuclear de los átomos del elemento.
Por ejemplo, la estructura electrónica más externa de un elemento de metal alcalino se puede expresar como ns1, lo que muestra que los elementos de metal alcalino generalmente pierden fácilmente un electrón (electrón de valencia) en la capa más externa y se convierten en un catión monovalente positivo, formando así un catión estable. estructura de un gas inerte (esta propiedad es una propiedad reductora fuerte); la estructura electrónica de la capa más externa del halógeno se puede expresar como ns2np5, lo que indica que el halógeno puede obtener fácilmente 1 electrón y convertirse en un anión 1 negativo, formando así un. Estructura estable de un gas inerte (esta propiedad es un oxidante fuerte). Por supuesto, también pueden perder sus electrones de valencia más externos y asumir los estados equivalentes de 1, 3, 5 y 7. Para el mismo grupo de elementos, a medida que aumenta el número de capas de electrones, la metalicidad se vuelve cada vez más fuerte y la propiedad no metálica se vuelve cada vez más débil, lo que también depende de la configuración electrónica extranuclear de los átomos del elemento. Bajo la guía de estos conocimientos teóricos (como se muestra en la siguiente fórmula), podemos comprender e inferir las propiedades químicas de los elementos y sus patrones cambiantes, reduciendo así en gran medida nuestra memoria.