Как записывать электронные конфигурации: от кислорода до железа

Электронная конфигурация перечисляет, какие подоболочки содержат электроны атома и сколько электронов находится в каждой из них, в порядке их заполнения. В этом видео с нуля строятся электронные конфигурации кислорода и железа, выводятся ионы серы и железа, обычно образующиеся в них, и в заключение рассматривается, как выглядит возбужденное состояние в той же нотации. ТРИ ПРАВИЛА • Правило Ауфбау: каждый новый электрон переходит в подоболочку с наименьшей доступной энергией. • Принцип Паули: каждая орбиталь содержит не более двух электронов и только с противоположными спинами. • Правило Хунда: электроны распределяются по орбиталям с одинаковой энергией, по одному на каждую, прежде чем какая-либо орбиталь займет вторую. Вместимость подоболочек зависит от количества электронов на орбиталях: s содержит 2 электрона, p содержит 6, d содержит 10, f содержит 14. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ • Кислород (Z = 8): 1s² 2s² 2p⁴ — два неспаренных электрона. • Железо (Z = 26): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶, записывается в порядке заполнения его электронов. • Сера (Z = 16): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ — на два электрона короче, чем у аргона: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, поэтому обычный ион серы — S²⁻, точно соответствующий конфигурации аргона. • Железо(II), Fe²⁺: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s⁰ 3d⁶ — оно теряет свои 4s-электроны, а не 3d-электроны, хотя 3d-электроны заполняются последними. • Основное состояние лития, 1s² 2s¹, поглощает фотон и становится 1s² 2p¹, первое возбужденное состояние лития, обозначаемое Li*. БЫСТРЫЕ ОТВЕТЫ Каковы правила электронной конфигурации? Три правила определяют положение каждого электрона: принцип Ауфбау помещает каждый новый электрон в подоболочку с наименьшей доступной энергией, принцип Паули ограничивает каждую орбиталь двумя электронами с противоположными спинами, и правило Хунда распределяет электроны по орбиталям с одинаковой энергией, по одному на каждой, прежде чем любая из них образует пару. Как записать электронную конфигурацию? Перечислите подоболочки, которые занимают электроны атома, в порядке их заполнения, с верхним индексом, указывающим, сколько электронов находится в каждой — кислород (Z = 8) имеет конфигурацию 1s² 2s² 2p⁴. Каждая орбиталь содержит не более двух электронов, поэтому s содержит 2 электрона, p содержит 6, d содержит 10, а f содержит 14. Какова электронная конфигурация железа? Железо (Z = 26) имеет электронную конфигурацию 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶, записанную в порядке заполнения его электронов. В некоторых учебниках тот же атом обозначается как …3d⁶ 4s² — те же электроны, тот же атом, отличается только порядок на странице. Какова электронная конфигурация Fe²⁺? Железо(II), Fe²⁺, имеет электронную конфигурацию 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s⁰ 3d⁶ — оно теряет два своих 4s электрона, а не 3d электроны, хотя 3d заполняется последним. Почему Fe²⁺ теряет свои 4s-электроны раньше, чем 3d-электроны? Как только 3d-подоболочка становится источником электронов, 4s-подоболочка становится внешней, более высокоэнергетической подоболочкой атома, поэтому именно она опустошается первой, когда атом образует катион. Какой ион образует сера и почему? Сере (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴) требуется еще два электрона, чтобы соответствовать конфигурации аргона (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶), поэтому ее обычный ион — S²⁻, имеющий точно такую же электронную конфигурацию, как у аргона. В чем разница между основным и возбужденным состояниями? Основное состояние — это расположение всех электронов атома с наименьшей энергией. Возбужденное состояние — это любое состояние с большей энергией, чем то, которое достигается, когда атом поглощает фотон точно нужной энергии, что переводит электрон на более высокую орбиталь. Каково первое возбужденное состояние лития? Основное состояние лития — 1s² 2s¹. Поглощение нужного фотона переводит электрон 2s на 2p, давая 1s² 2p¹ — первое возбужденное состояние лития, обозначаемое звездочкой (Li*), чтобы указать, что оно возбужденное, а не основное. РАЗДЕЛЫ 0:00 Обещание: полные конфигурации для реальных атомов 0:11 Краткий обзор: Ауфбау, Паули, Хунд 0:23 Что такое конфигурация и вместимость подоболочек 0:43 Обозначение: малое число обозначает электроны 0:54 Кислород, построенный по правилу Хунда 1:06 Железо: 26 электронов, построенных в три этапа 1:26 4s2 3d6 железа — порядок заполнения, а не порядок энергии 1:47 Сера, на два электрона меньше, чем у аргона 2:06 S2-: получает два электрона, чтобы соответствовать аргону 2:23 Fe2+: почему 4s опустошается раньше, чем 3d 2:43 Кислород и сера имеют схожую структуру с атомами 16-й группы 2:59 Основное состояние: расположение с наименьшей энергией 3:13 Фотон повышает электрон 3:33 Li*: обозначение звездочкой 3:52 Краткое содержание 4:04 Далее: практические вопросы по этой главе Это шестое видео из серии «Квантовая теория и структура атома». Подпишитесь на канал Chemistry Cool, чтобы смотреть остальные видео по общей химии — далее: практические вопросы по этой главе. Общая химия · Квантовая теория и структура атома