Hoe het aantal elektronen in een schaal te bepalen [duplicate]

Ik zal proberen het simpel te houden. De feitelijke details waarom dit zo is, hebben te maken met de kwantumfysica.

Elke shell heeft verschillende " subshells ". Elke " subshell " bevat op zijn beurt een bepaald aantal " orbitalen ". Elke orbitaal kan twee elektronen vasthouden. Vuistregels (nogmaals, ik leg niet uit waarom, want het is waarschijnlijk uit uw begrip)

1. De $ \ mathrm {n ^ {th}} $ shell heeft n subshells, gelabeld van $ 0 $ tot $ \ mathrm n-1 $ . Bijv. de $ 2 $ en shell heeft twee subshells, $ 0 $ en $ 1 $ . Voor verwijzing, noemen we deze subshells vaak met letters, $ 0 $ is $ \ mathrm s $ , $ 1 $ is p, $ 2 $ is d en $ 3 $ is f. Het periodiek systeem kan worden opgedeeld in vier blokken, afhankelijk van in welke van deze subshells het meest losjes gebonden (valentie) elektron in het atoom zich bevindt. (S-blok, p-blok, enz.)

2. De $ \ mathrm {k ^ {th}} $ subshell kan $ 2 \ mathrm k + 1 bevatten $ " orbitalen ". Een orbitaal kan maximaal twee elektronen bevatten. Dus de $ 0 $ th (s) subshell kan $ 1 $ orbitaal bevatten, en dus twee elektronen. De $ 1 $ ste subshell (p) kan $ 3 $ orbitalen bevatten, of $ 6 $ elektronen. Daarom hebben we de regel $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ . Er zijn net zoveel orbitalen in de $ \ mathrm n $ shell als de som van de eerste mathrm n oneven getallen: $ \ mathrm n ^ 2 $ , en twee elektronen in elk ( $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ ).

3. Een belangrijk idee in de fysische chemie is het Aufbau-principe. Orbitalen worden gevuld volgens de toenemende volgorde van hun (orbitalen “) energieën. Wat zijn de orbitalen” energieën? Het is vrij eenvoudig voor de eerste paar subshells:

$ 1 \ mathrm s, 2 \ mathrm s, 2 \ mathrm p , 3 \ mathrm s, 3 \ mathrm p $ (volgorde)

In een waterstofatoom zijn deze orbitalen rechttoe rechtaan: alle subschalen in dezelfde schaal hebben identieke energieën ( $ 1 \ mathrm s, 2 \ mathrm s = 2 \ mathrm p, 3 \ mathrm s = 3 \ mathrm p = 3 \ mathrm d, $ enz.). In andere atomen is alles raakt in de war. Hier is de volgorde, iets wat je moet onthouden:

$ 1 \ mathrm s, 2 \ mathrm s, 2 \ mathrm p, 3 \ mathrm s, 3 \ mathrm p, 4 \ mathrm s, 3 \ mathrm d, 4 \ mathrm p, 5 \ mathrm s, 4 \ mathrm d, 5 \ mathrm p, 6 \ mathrm s, 4 \ mathrm f, 5 \ mathrm d, 6 \ mathrm p, 7 \ mathrm s, […] $ (dit is voldoende voor de meeste elementen, maar er zijn enkele uitzonderingen, die u ook moet onthouden)

De elektronen vullen dus niet de hele $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ in een schaal voordat ze naar de ne xt. In ijzer hebben we bijvoorbeeld de configuratie $ 1 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm p ^ 6 3 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm p ^ 6 4 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm d ^ 6 $ .Merk op dat de $ 1 $ shell $ 2 $ elektronen heeft; de $ 2 ^ {\ mathrm {nd}} $ shell, $ 8 (2 \ mathrm s + 2 \ mathrm p $ ); de $ 3 ^ {\ mathrm {rd}} $ shell, $ 14 (3 \ mathrm s + 3 \ mathrm p + 3 \ mathrm d) $ ; de $ 4 ^ {\ mathrm {th}} $ shell, $ 2 $ . Je leerboek noemt deze configuratie (2, 8, 14, 2) $.

Cesium heeft 55 elektronen, ze vullen zich als volgt: $ 1 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm p ^ 6 3 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm p ^ 6 4 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm d ^ {10} 4 \ mathrm p ^ 6 5 \ mathrm s ^ 2 4 \ mathrm d ^ {10} 5 \ mathrm p ^ 6 6 \ mathrm s ^ 1 $ .

Waarom tel je het aantal elektronen in elke schil niet op en zie je als het overeenkomt met wat je leerboek zegt.

PS De octetregel zegt eigenlijk niet de hoogste shell zou acht elektronen moeten hebben. Het zegt dat het atoom stabiliteit bereikt door de elektronische configuratie van het dichtstbijzijnde edelgas te verkrijgen. Edelgassen hebben de algemene configuratie $ \ mathrm s ^ 2 \ mathrm p ^ 6 $ ( $ 8 $ elektronen ?), maar zoals hierboven aangetoond, bevinden deze $ 8 $ elektronen zich mogelijk niet in de hoogste schaal. In ijzer bevinden twee van de valentie-elektronen zich bijvoorbeeld in de vierde schaal en de andere zes in de derde schaal.