Elektronisk lag

I kjemi og atomfysikk er et elektronskall av et atom settet med atomorbitaler som deler samme hovedkvantetall n  ; orbitalene deler også det samme azimutale kvantetallet ℓ danner en elektronisk subshell . Betegnelsene lag og underbelegget er arvet fra den kvanteteori av begynnelsen av den XX th  -tallet, og særlig teoretiske utviklingen innført av Arnold Sommerfeld rundt Bohr-modellen , som forklart finstruktur av spektrallinjer til atom hydrogen og ioner hydrogenic ved å kvantifisere energinivået til elektronene rundt kjernene som en funksjon av kvantetall .

Elektroniske lag er identifisert med kvantetallet n , lik 1, 2, 3,  etc. eller historisk med bokstavene K, L, M,  etc. brukt i røntgenspektroskopi . De tilsvarer en økende energi, noe som resulterer i en økende avstand fra atomkjernen. K-laget, for hvilket n = 1 , er nærmest kjernen, og L-, M-, N-, O-, P- og Q-lagene, tilsvarende n = 2, 3, 4, 5, 6 og 7 , er arrangert ved å øke avstanden til kjernen på en konsentrisk måte. Hvert elektronisk skall kan inneholde et maksimalt antall elektroner som er lik 2 n 2  : K-skallet kan således inneholde opptil 2 elektroner, L-skallet opp til 8 elektroner, M-skallet opp til 18 elektroner, N-skallet opp til 32 elektroner , O-skallet opp til 50 elektroner, P-skallet opp til 72 elektroner og Q-skallet opp til 98 elektroner.

Hvis tallet n ikke kan overstige 7 for atomer i grunntilstand, kan det ta mye høyere verdier når det gjelder eksiterte atomer , slik det er spesielt tilfelle for Rydberg-atomer . Bortsett fra overgangselementene , kalles det ytterste elektroniske skallet til et atom valensskall  ; antall elektroner som okkuperer det, bestemmer atomets kjemiske egenskaper : de kjemiske elementene hvis valensskall bare er okkupert av ett elektron - hydrogen og alkalimetaller - er de mest reaktive, mens de hvis valensskall er mettet med elektroner - edelgasser - har en tendens til å være kjemisk inert.

De elektroniske lagene, definert av tallet n , gjør det ikke alene å gjøre rede for spektroskopiske observasjoner . Foruten azimutaltallet ℓ , som gjør det mulig å skille de elektroniske underlagene , defineres elektroner også av det magnetiske kvantetallet m ℓ og det magnetiske kvantetallet av spin m s . Disse fire kvantetallene ( n , ℓ , m ℓ , m s ) gjør det mulig å modellere den elektroniske konfigurasjonen av elektrisk nøytrale atomer i grunntilstanden ved hjelp av Klechkowski-regelen , den første Hund-regelen og utelukkelsesprinsippet. Av Pauli  ; fordelingen av elektroner av elektroniske lag av kjemiske grunnstoffer i grunntilstanden er som følger:

Kjemisk element Elementfamilie Elektroner per lag Linje Kolonne (gruppe)
1 H Hydrogen Ikke-metall 1 1 AI
2 Hei Helium Edelgass 2 1 O
3 Li Litium Alkalimetall 2, 1 2 AI
4 Være Beryllium Alkalisk jordmetall 2, 2 2 II A
5 B Bor Metalloid 2, 3 2 III B
6 VS Karbon Ikke-metall 2, 4 2 IV B
7 IKKE Nitrogen Ikke-metall 2, 5 2 VB
8 O Oksygen Ikke-metall 2, 6 2 VI B
9 F Fluor Halogen 2, 7 2 VII B
10 Født Neon Edelgass 2, 8 2 O
11 Ikke relevant Natrium Alkalimetall 2, 8, 1 3 AI
12 Mg Magnesium Alkalisk jordmetall 2, 8, 2 3 II A
1. 3 Al Aluminium Dårlig metall 2, 8, 3 3 III B
14 Ja Silisium Metalloid 2, 8, 4 3 IV B
15 P Fosfor Ikke-metall 2, 8, 5 3 VB
16 S Svovel Ikke-metall 2, 8, 6 3 VI B
17 Cl Klor Halogen 2, 8, 7 3 VII B
18 Ar Argon Edelgass 2, 8, 8 3 O
19 K Kalium Alkalimetall 2, 8, 8, 1 4 AI
20 Den Kalsium Alkalisk jordmetall 2, 8, 8, 2 4 II A
21 Sc Scandium Overgangsmetall 2, 8, 9, 2 4 III A
22 Ti Titan Overgangsmetall 2, 8, 10, 2 4 IV A
23 V Vanadium Overgangsmetall 2, 8, 11, 2 4 GÅ
24 Cr Krom Overgangsmetall 2, 8, 13, 1 4 VI A
25 Mn Mangan Overgangsmetall 2, 8, 13, 2 4 VII A
26 Fe Jern Overgangsmetall 2, 8, 14, 2 4 VII
27 Co Kobolt Overgangsmetall 2, 8, 15, 2 4 VII
28 Eller Nikkel Overgangsmetall 2, 8, 16, 2 eller 2, 8, 17, 1 4 VII
29 Cu Kobber Overgangsmetall 2, 8, 18, 1 4 IB
30 Zn Sink Dårlig metall 2, 8, 18, 2 4 II B
31 Ga Gallium Dårlig metall 2, 8, 18, 3 4 III B
32 Ge Germanium Metalloid 2, 8, 18, 4 4 IV B
33 Ess Arsenikk Metalloid 2, 8, 18, 5 4 VB
34 Se Selen Ikke-metall 2, 8, 18, 6 4 VI B
35 Br Brom Halogen 2, 8, 18, 7 4 VII B
36 Kr Krypton Edelgass 2, 8, 18, 8 4 O
37 Rb Rubidium Alkalimetall 2, 8, 18, 8, 1 5 AI
38 Sr Strontium Alkalisk jordmetall 2, 8, 18, 8, 2
39 Y Yttrium Overgangsmetall 2, 8, 18, 9, 2
40 Zr Zirkonium Overgangsmetall 2, 8, 18, 10, 2
41 Nb Niob Overgangsmetall 2, 8, 18, 12, 1
42 Mo Molybden Overgangsmetall 2, 8, 18, 13, 1
43 Tc Technetium Overgangsmetall 2, 8, 18, 13, 2
44 Ru Ruthenium Overgangsmetall 2, 8, 18, 15, 1
45 Rh Rhodium Overgangsmetall 2, 8, 18, 16, 1
46 Pd Palladium Overgangsmetall 2, 8, 18, 18
47 Ag Sølv Overgangsmetall 2, 8, 18, 18, 1
48 CD Kadmium Dårlig metall 2, 8, 18, 18, 2
49 I Indium Dårlig metall 2, 8, 18, 18, 3
50 Sn Tinn Dårlig metall 2, 8, 18, 18, 4
51 Sb Antimon Metalloid 2, 8, 18, 18, 5
52 Du Tellurium Metalloid 2, 8, 18, 18, 6
53 Jeg Jod Halogen 2, 8, 18, 18, 7
54 Xe Xenon Edelgass 2, 8, 18, 18, 8
55 Cs Cesium Alkalimetall 2, 8, 18, 18, 8, 1
56 Ba Barium Alkalisk jordmetall 2, 8, 18, 18, 8, 2
57 De Lanthanum Lanthanide 2, 8, 18, 18, 9, 2
58 Dette Cerium Lanthanide 2, 8, 18, 19, 9, 2
59 Pr Praseodymium Lanthanide 2, 8, 18, 21, 8, 2
60 Nd Neodym Lanthanide 2, 8, 18, 22, 8, 2
61 Pm Promethium Lanthanide 2, 8, 18, 23, 8, 2
62 Sm Samarium Lanthanide 2, 8, 18, 24, 8, 2
63 Hadde Europium Lanthanide 2, 8, 18, 25, 8, 2
64 Gd Gadolinium Lanthanide 2, 8, 18, 25, 9, 2
65 Tb Terbium Lanthanide 2, 8, 18, 27, 8, 2
66 Dy Dysprosium Lanthanide 2, 8, 18, 28, 8, 2
67 Ho Holmium Lanthanide 2, 8, 18, 29, 8, 2
68 Er Erbium Lanthanide 2, 8, 18, 30, 8, 2
69 Tm Thulium Lanthanide 2, 8, 18, 31, 8, 2
70 Yb Ytterbium Lanthanide 2, 8, 18, 32, 8, 2
71 Lese Lutecium Lanthanide 2, 8, 18, 32, 9, 2
72 Hf Hafnium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 10, 2
73 Din Tantal Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 11, 2
74 W Wolfram Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 12, 2
75 Re Rhenium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 13, 2
76 Bein Osmium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 14, 2
77 Ir Iridium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 15, 2
78 Pt Platina Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 17, 1
79 På Gull Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 18, 1
80 Hg Kvikksølv Dårlig metall 2, 8, 18, 32, 18, 2
81 Tl Tallium Dårlig metall 2, 8, 18, 32, 18, 3
82 Pb Lede Dårlig metall 2, 8, 18, 32, 18, 4
83 Bi Vismut Dårlig metall 2, 8, 18, 32, 18, 5
84 Po Polonium Dårlig metall 2, 8, 18, 32, 18, 6
85 På En stat Metalloid 2, 8, 18, 32, 18, 7
86 Rn Radon Edelgass 2, 8, 18, 32, 18, 8
87 Fr Francium Alkalimetall 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
88 Ra Radium Alkalisk jordmetall 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2
89 Ac Actinium Actinide 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
90 Th Thorium Actinide 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
91 Pa Protactinium Actinide 2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
92 U Uran Actinide 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
93 Np Neptunium Actinide 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
94 Kunne Plutonium Actinide 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
95 Er Americium Actinide 2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
96 Cm Curium Actinide 2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
97 Bk Berkelium Actinide 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
98 Jf Californium Actinide 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
99 Er Einsteinium Actinide 2, 8, 18, 32, 29, 8, 2
100 Fm Fermium Actinide 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
101 Md Mendelevium Actinide 2, 8, 18, 32, 31, 8, 2
102 Nei Nobelium Actinide 2, 8, 18, 32, 32, 8, 2
103 Lr Lawrencium Actinide 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3
104 Rf Rutherfordium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2
105 Db Dubnium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2
106 Sg Seaborgium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 32, 12, 2
107 Bh Bohrium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 32, 13, 2
108 Hs Kalium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 32, 14, 2
109 Mt Meitnerium Ubestemt 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2
110 Ds Darmstadtium Ubestemt 2, 8, 18, 32, 32, 16, 2
111 Rg Roentgenium Ubestemt 2, 8, 18, 32, 32, 17, 2
112 Cn Copernicium Overgangsmetall 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2
113 Nh Nihonium Ubestemt 2, 8, 18, 32, 32, 18, 3
114 Fl Flerovium Ubestemt 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4
115 Mc Moscovium Ubestemt 2, 8, 18, 32, 32, 18, 5
116 Lv Livermorium Ubestemt 2, 8, 18, 32, 32, 18, 6
117 Ts Tennesse Ubestemt 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7
118 Og Oganesson Ubestemt 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8

Merknader og referanser

Merknader

  1. O-, P- og Q-lagene fylles aldri helt. Den oganesson for eksempel den kjente elementer av atomnummer høyere ( Z = 118), inneholder bare 32 elektroner på O laget 18 på P lag og det lag 8 av Q.
  2. Tilfellet med nikkel er tvetydig fordi det presenterer to elektroniske konfigurasjoner av energier som er tilstrekkelig nær overlapping: den lavere energien til den vanlige konfigurasjonen [ Ar ] 3d 8 4s 2 er lavere enn den lavere energien til den uregelmessige konfigurasjonen [ Ar ] 3d 9 4s 1 , slik at den ofte blir beholdt i lærebøker, spesielt da den støttes av eksperimentelle data; det er imidlertid den uregelmessige konfigurasjonen som har den lavere gjennomsnittlige energien av de to, slik at den også beholdes for nikkelberegningene.

Referanser

  2. (in) CRC Handbook of Chemistry and Physics , Section 1: Basic Constants, Units, and Conversion Factors , subsection: Electron Configuration of Neutral Atoms in the Ground State , 84 th  online edition, CRC Press, Boca Raton, Florida, 2003.