Πώς χρησιμοποιούνται οι κβαντικοί αριθμοί για να περιγράψουμε την ηλεκτρονική δομή ενός ατόμου: Ένα παράδειγμα

 

Πώς χρησιμοποιούνται οι κβαντικοί αριθμοί για να περιγράψουμε την ηλεκτρονική δομή ενός ατόμου: Ένα παράδειγμα

Ας πάρουμε ως παράδειγμα το άτομο του οξυγόνου (O), που έχει ατομικό αριθμό 8, δηλαδή 8 ηλεκτρόνια.

Βήμα 1: Καθορισμός της σειράς πλήρωσης των υποστιβάδων Τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τα τροχιακά σύμφωνα με τη σειρά αυξανόμενης ενέργειας. Μια κοινή μνημονική για τη σειρά αυτή είναι: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p κ.ο.κ.

Βήμα 2: Τοποθέτηση των ηλεκτρονίων στις υποστιβάδες Ξεκινάμε από το χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο (1s) και τοποθετούμε τα ηλεκτρόνια σταδιακά στις επόμενες υποστιβάδες, ακολουθώντας τις αρχές του Pauli και του Hund.

• Αρχή του Pauli: Σε κάθε τροχιακό μπορούν να τοποθετηθούν το πολύ δύο ηλεκτρόνια με αντίθετο σπιν.
• Κανόνας του Hund: Όταν υπάρχουν πολλαπλά τροχιακά με την ίδια ενέργεια (π.χ. τα τρία τροχιακά 2p), τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν πρώτα όλα τα τροχιακά με παράλληλο σπιν και μετά ζευγαρώνουν.

Ηλεκτρονική διαμόρφωση του οξυγόνου: 1s² 2s² 2p⁴

Ανάλυση της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης με βάση τους κβαντικούς αριθμούς:

• Τα δύο πρώτα ηλεκτρόνια (1s²):

  • n = 1 (πρώτη στιβάδα)
  • l = 0 (υποστιβάδα s)
  • ml = 0 (ένα μόνο τροχιακό s)
  • Τα δύο ηλεκτρόνια έχουν αντίθετο σπιν (ms = +1/2 και ms = -1/2)

• Τα επόμενα δύο ηλεκτρόνια (2s²):

  • n = 2 (δεύτερη στιβάδα)
  • l = 0 (υποστιβάδα s)
  • ml = 0 (ένα μόνο τροχιακό s)
  • Τα δύο ηλεκτρόνια έχουν αντίθετο σπιν.

• Τα τέσσερα τελευταία ηλεκτρόνια (2p⁴):

  • n = 2 (δεύτερη στιβάδα)
  • l = 1 (υποστιβάδα p)
  • ml = -1, 0, +1 (τρεις τροχιακά p)
  • Τα τέσσερα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τρία από τα τρία τροχιακά p, με δύο τροχιακά να έχουν ένα ηλεκτρόνιο το καθένα (παράλληλο σπιν) και ένα τροχιακό να έχει δύο ηλεκτρόνια με αντίθετο σπιν (ακολουθώντας τον κανόνα του Hund).

Συμπέρασμα: Χρησιμοποιώντας τους κβαντικούς αριθμούς, μπορούμε να περιγράψουμε με ακρίβεια πώς διατάσσονται τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα του οξυγόνου. Αυτή η πληροφορία είναι απαραίτητη για την κατανόηση των χημικών ιδιοτήτων του οξυγόνου και τη συμπεριφορά του σε διάφορες χημικές αντιδράσεις.

Δείτε ότι αφορά την ΧΗΜΕΊΑ Γ ΛΥΚΕΊΟΥ ΕΔΏ