Warstwa elektroniczna

W chemicznych i fizycznych atomowej An powłoka elektronowa się z atomu jest zestaw orbitali atomowych dzielących ten sam numer główny kwantową N  ; orbitale również dzielące tę samą azymutalną liczbę kwantową ℓ tworzą elektroniczną podpowłokę . Określenia warstwy i podkład są dziedziczone z kwantowej teorii na początku XX p  wieku, w szczególności teoretycznym wprowadzonych Arnold Sommerfeld wokół modelu Bohra , co wyjaśniono w konstrukcji cienkiej z prążków z atomu wodoru i jonami hydrogenicznych przez ilościowe określenie poziomu energii z tych elektronów wokół jąder w funkcji liczby kwantowe .

Warstwy elektroniczne są identyfikowane przez ich liczbę kwantową n równą 1, 2, 3  itd. lub historycznie literami K, L, M  itd. stosowany w spektroskopii rentgenowskiej . Odpowiadają rosnącej energii, co skutkuje rosnącą odległością od jądra atomowego. Warstwa K, dla której n = 1 , jest najbliżej rdzenia, a warstwy L, M, N, O, P i Q, odpowiadające n = 2, 3, 4, 5, 6 i 7 , ułożone są poprzez zwiększenie odległości do rdzenia w sposób koncentryczny. Każda powłoka elektronowa może zawierać maksymalną liczbę elektronów równą 2 n 2  : powłoka K może więc zawierać do 2 elektronów, powłoka L do 8 elektronów, powłoka M do 18 elektronów, powłoka N do 32 elektronów , powłoka O do 50 elektronów, powłoka P do 72 elektronów i powłoka Q do 98 elektronów.

Jeśli liczba n nie może przekroczyć 7 dla atomów w stanie podstawowym, to w przypadku atomów wzbudzonych może przybierać znacznie większe wartości , jak ma to miejsce zwłaszcza w przypadku atomów Rydberga . Z wyjątkiem pierwiastków przejściowych , najbardziej zewnętrzna powłoka elektronowa atomu nazywana jest powłoką walencyjną  ; liczba zajmujących go elektronów decyduje o właściwościach chemicznych atomu: pierwiastki chemiczne, których powłokę walencyjną zajmuje tylko jeden elektron - wodór i metale alkaliczne - są najbardziej reaktywne, natomiast te, których powłoka walencyjna jest nasycona elektronami - gazy szlachetne - bywają chemicznie obojętne.

Warstwy elektronowe, określone liczbą n , same w sobie nie pozwalają na rozliczenie obserwacji spektroskopowych . Oprócz liczby azymutalnej ℓ , która umożliwia rozróżnienie podwarstw elektronicznych , elektrony są również definiowane przez magnetyczną liczbę kwantową m ℓ i magnetyczną liczbę kwantową spinu m s . Te cztery liczby kwantowe ( n , ℓ , m ℓ , m s ) umożliwiają modelowanie konfiguracji elektronowej elektrycznie obojętnych atomów w stanie podstawowym za pomocą reguły Klechkowskiego , pierwszej reguły Hunda i zasady wykluczenia Pauliego  ; rozkład elektronów przez warstwy elektronowe pierwiastków chemicznych w stanie podstawowym jest następujący:

Pierwiastek chemiczny			Rodzina elementów	Elektrony na warstwę	Linia	Kolumna (grupa)
1	H.	Wodór	Niemetalowe	1	1	AI
2	Hej	Hel	gaz szlachetny	2	1	O
3	Li	Lit	Metal alkaliczny	2, 1	2	AI
4	Być	Beryl	Metali ziem alkalicznych	2, 2	2	II A
5	b	Bor	Półmetal	2, 3	2	III B
6	VS	Węgiel	Niemetalowe	2, 4	2	IV B
7	NIE	Azot	Niemetalowe	2, 5	2	VB
8	O	Tlen	Niemetalowe	2, 6	2	VI B
9	fa	Fluor	Fluorowiec	2, 7	2	VII B
10	Urodzony	Neon	gaz szlachetny	2, 8	2	O
11	Nie dotyczy	Sód	Metal alkaliczny	2, 8, 1	3	AI
12	Mg	Magnez	Metali ziem alkalicznych	2, 8, 2	3	II A
13	Glin	Aluminium	Słaby metal	2, 8, 3	3	III B
14	tak	Krzem	Półmetal	2, 8, 4	3	IV B
15	P.	Fosfor	Niemetalowe	2, 8, 5	3	VB
16	S	Siarka	Niemetalowe	2, 8, 6	3	VI B
17	Cl	Chlor	Fluorowiec	2, 8, 7	3	VII B
18	Ar	Argon	gaz szlachetny	2, 8, 8	3	O
19	K.	Potas	Metal alkaliczny	2, 8, 8, 1	4	AI
20	To	Wapń	Metali ziem alkalicznych	2, 8, 8, 2	4	II A
21	Sc	Skand	Metal przejściowy	2, 8, 9, 2	4	III A
22	Ti	Tytan	Metal przejściowy	2, 8, 10, 2	4	IV A
23	V	Wanad	Metal przejściowy	2, 8, 11, 2	4	UDAĆ SIĘ
24	Cr	Chrom	Metal przejściowy	2, 8, 13, 1	4	VI A
25	Mn	Mangan	Metal przejściowy	2, 8, 13, 2	4	VII A
26	Fe	Żelazo	Metal przejściowy	2, 8, 14, 2	4	VII
27	Współ	Kobalt	Metal przejściowy	2, 8, 15, 2	4	VII
28	Lub	Nikiel	Metal przejściowy	2, 8, 16, 2 lub 2, 8, 17, 1	4	VII
29	Cu	Miedź	Metal przejściowy	2, 8, 18, 1	4	IB
30	Zn	Cynk	Słaby metal	2, 8, 18, 2	4	II B
31	Ga	Gal	Słaby metal	2, 8, 18, 3	4	III B
32	Ge	German	Półmetal	2, 8, 18, 4	4	IV B
33	As	Arsen	Półmetal	2, 8, 18, 5	4	VB
34	Se	Selen	Niemetalowe	2, 8, 18, 6	4	VI B
35	Br	Brom	Fluorowiec	2, 8, 18, 7	4	VII B
36	Kr	Krypton	gaz szlachetny	2, 8, 18, 8	4	O
37	Rb	Rubid	Metal alkaliczny	2, 8, 18, 8, 1	5	AI
38	Sr	Stront	Metali ziem alkalicznych	2, 8, 18, 8, 2
39	Y	Itr	Metal przejściowy	2, 8, 18, 9, 2
40	Zr	Cyrkon	Metal przejściowy	2, 8, 18, 10, 2
41	Nb	Niob	Metal przejściowy	2, 8, 18, 12, 1
42	Mo	Molibden	Metal przejściowy	2, 8, 18, 13, 1
43	Tc	Technet	Metal przejściowy	2, 8, 18, 13, 2
44	Ru	Ruten	Metal przejściowy	2, 8, 18, 15, 1
45	Rh	Rod	Metal przejściowy	2, 8, 18, 16, 1
46	Pd	Paladium	Metal przejściowy	2, 8, 18, 18
47	Ag	Srebro	Metal przejściowy	2, 8, 18, 18, 1
48	Płyta CD	Kadm	Słaby metal	2, 8, 18, 18, 2
49	W	Ind	Słaby metal	2, 8, 18, 18, 3
50	Sn	Cyna	Słaby metal	2, 8, 18, 18, 4
51	Sb	Antymon	Półmetal	2, 8, 18, 18, 5
52	ty	Tellur	Półmetal	2, 8, 18, 18, 6
53	ja	Jod	Fluorowiec	2, 8, 18, 18, 7
54	Xe	Ksenon	gaz szlachetny	2, 8, 18, 18, 8
55	Cs	Cez	Metal alkaliczny	2, 8, 18, 18, 8, 1
56	Ba	Bar	Metali ziem alkalicznych	2, 8, 18, 18, 8, 2
57	Plik	Lantan	Lantanowce	2, 8, 18, 18, 9, 2
58	To	Cer	Lantanowce	2, 8, 18, 19, 9, 2
59	Pr	Prazeodym	Lantanowce	2, 8, 18, 21, 8, 2
60	Nd	Neodym	Lantanowce	2, 8, 18, 22, 8, 2
61	Po południu	Promethium	Lantanowce	2, 8, 18, 23, 8, 2
62	Sm	Samar	Lantanowce	2, 8, 18, 24, 8, 2
63	Miał	Europ	Lantanowce	2, 8, 18, 25, 8, 2
64	Gd	Gadolin	Lantanowce	2, 8, 18, 25, 9, 2
65	Tb	Terb	Lantanowce	2, 8, 18, 27, 8, 2
66	Dy	Dysproz	Lantanowce	2, 8, 18, 28, 8, 2
67	Ho	Holmium	Lantanowce	2, 8, 18, 29, 8, 2
68	Er	Erb	Lantanowce	2, 8, 18, 30, 8, 2
69	Tm	Tul	Lantanowce	2, 8, 18, 31, 8, 2
70	Yb	Iterb	Lantanowce	2, 8, 18, 32, 8, 2
71	Czytać	Lutet	Lantanowce	2, 8, 18, 32, 9, 2
72	Hf	Hafn	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 10, 2
73	Twój	Tantal	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 11, 2
74	W.	Wolfram	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 12, 2
75	Re	Ren	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 13, 2
76	Kość	Osm	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 14, 2
77	Ir	Iridium	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 15, 2
78	Pt	Platyna	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 17, 1
79	W	Złoto	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 18, 1
80	Hg	Rtęć	Słaby metal	2, 8, 18, 32, 18, 2
81	Tl	Tal	Słaby metal	2, 8, 18, 32, 18, 3
82	Pb	Prowadzić	Słaby metal	2, 8, 18, 32, 18, 4
83	Bi	Bizmut	Słaby metal	2, 8, 18, 32, 18, 5
84	Po	Polon	Słaby metal	2, 8, 18, 32, 18, 6
85	W	Stan	Półmetal	2, 8, 18, 32, 18, 7
86	Rn	Radon	gaz szlachetny	2, 8, 18, 32, 18, 8
87	Ks	Francium	Metal alkaliczny	2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
88	Ra	Rad	Metali ziem alkalicznych	2, 8, 18, 32, 18, 8, 2
89	Ac	Aktyn	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
90	Cz	Tor	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
91	Rocznie	Protaktyn	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 20, 9, 2
92	U	Uran	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
93	Np	Neptun	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 22, 9, 2
94	Mógłby	Pluton	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
95	Jestem	Ameryk	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
96	Cm	Kiur	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
97	Bk	Berkelium	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
98	Por	Kaliforn	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
99	Jest	Einsteinium	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 29, 8, 2
100	Fm	Fermium	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
101	Md	Mendelevium	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 31, 8, 2
102	Nie	Nobelium	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 32, 8, 2
103	Lr	Lawrencium	Aktynowce	2, 8, 18, 32, 32, 8, 3
104	Rf	Rutherfordium	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 32, 10, 2
105	Db	Dubnium	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 32, 11, 2
106	Sg	Seaborgium	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 32, 12, 2
107	Bh	Bohr	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 32, 13, 2
108	Hs	Has	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 32, 14, 2
109	Mt	Meitnerium	Nieokreślony	2, 8, 18, 32, 32, 15, 2
110	Ds	Darmstadtium	Nieokreślony	2, 8, 18, 32, 32, 16, 2
111	Rg	Roentgenium	Nieokreślony	2, 8, 18, 32, 32, 17, 2
112	Cn	Copernicium	Metal przejściowy	2, 8, 18, 32, 32, 18, 2
113	Nh	Nihonium	Nieokreślony	2, 8, 18, 32, 32, 18, 3
114	Fl	Flerow	Nieokreślony	2, 8, 18, 32, 32, 18, 4
115	Mc	Moscovium	Nieokreślony	2, 8, 18, 32, 32, 18, 5
116	Poz	Livermorium	Nieokreślony	2, 8, 18, 32, 32, 18, 6
117	Ts	Tennesse	Nieokreślony	2, 8, 18, 32, 32, 18, 7
118	Og	Oganesson	Nieokreślony	2, 8, 18, 32, 32, 18, 8

Uwagi i odniesienia

Uwagi

1. Warstwy O, P i Q nigdy nie są całkowicie wypełnione. Na przykład oganesson , znany pierwiastek o liczbie atomowej wyższy ( Z = 118), zawiera tylko 32 elektrony w warstwie O 18 na warstwie P i warstwie 8 w Q.
2. Przypadek niklu jest niejednoznaczny, ponieważ przedstawia dwie konfiguracje elektroniczne energii dostatecznie bliskie nakładania się: niższa energia w konfiguracji regularnej [ Ar ] 3d 8 4s 2 jest niższa niż niższa energia w konfiguracji nieregularnej [ Ar ] 3d 9 4s 1 , tak że jest często przechowywany w podręcznikach, zwłaszcza że jest poparty danymi eksperymentalnymi; jednakże jest to nieregularna konfiguracja, która ma niższą średnią energię z tych dwóch, tak więc jest ona również zachowywana do obliczeń niklu.

Bibliografia

2. (w) CRC Handbook of Chemistry and Physics , Sekcja 1: podstawowe stałe, jednostek i współczynników konwersji , podrozdział: Konfiguracja elektronowa Neutral Atoms w gruncie państwa , 84 th  edition line, CRC Press, Boca Raton, Florida, 2003.