Elektron diziliminde orbitallerin enerji sıralaması

Question

Bu konuyu tam olarak anlayamadım. Orbital enerji seviyelerini sıralarken neden 4s, 3d'den önce geliyor, onu karıştırıyorum. Atomların elektron alıp verirken bu sıralamanın nasıl değiştiğini de merak ediyorum.

Answer 1

Elektron Diziliminde Orbitallerin Enerji Sıralaması

Atomlarda elektronlar, çekirdeğin etrafında belirli enerji seviyelerinde bulunurlar. Bu enerji seviyeleri, orbitaller olarak adlandırılır. Elektronlar, en düşük enerjili orbitalden başlayarak bu orbitalleri doldururlar. Buna Aufbau İlkesi (inşa etme prensibi) denir.

Orbital Türleri ve Kapasiteleri

Her bir enerji seviyesi (n), farklı türde orbitaller içerir:

• s orbitali: Her enerji seviyesinde 1 tane bulunur. Maksimum 2 elektron alır.
• p orbitalleri: 2. enerji seviyesinden itibaren bulunur. 3 tane p orbitali vardır (p_x, p_y, p_z). Maksimum 6 elektron alır.
• d orbitalleri: 3. enerji seviyesinden itibaren bulunur. 5 tane d orbitali vardır. Maksimum 10 elektron alır.
• f orbitalleri: 4. enerji seviyesinden itibaren bulunur. 7 tane f orbitali vardır. Maksimum 14 elektron alır.

Enerji Sıralamasını Belirlemek: (n+ℓ) Kuralı

Orbitallerin enerji sırasını belirlemek için pratik bir kural vardır: (n+ℓ) Kuralı.

Bu kurala göre:

1. Öncelikle her bir orbital için n (baş kuantum sayısı, enerji seviyesi) ve ℓ (açısal momentum kuantum sayısı) değerlerinin toplamı hesaplanır.
   • s orbitali için ℓ = 0
   • p orbitali için ℓ = 1
   • d orbitali için ℓ = 2
   • f orbitali için ℓ = 3
2. (n+ℓ) değeri küçük olan orbitalin enerjisi daha düşüktür ve önce doldurulur.
3. İki orbitalin (n+ℓ) değeri aynı ise, n değeri küçük olan orbitalin enerjisi daha düşüktür ve önce doldurulur.

Orbital Enerji Sıralaması

Yukarıdaki kuralları uygulayarak orbitallerin dolum sırasını şu şekilde yazabiliriz:

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p

Bu sıralamayı hatırlamanın kolay bir yolu, aşağıdaki gibi bir diyagram çizmek ve ok yönünde ilerlemektir:

1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d
7s 7p

Diyagramda, bir ok çizerek 1s'den başlayıp yukarı doğru çaprazlar çizilir. Bu, yukarıda verilen sırayı verecektir.

Önemli İstisnalar ve Uyarılar

• 4s ve 3d Orbitalleri: Elektron dizilimi yazılırken 4s orbitali 3d'den önce dolar. Yani önce 4s'ye, sonra 3d'ye elektron yerleştirilir. Ancak, bir atom iyonlaştığında (elektron kaybettiğinde) elektronlar önce 4s orbitalinden ayrılır. Bu, 4s orbitalinin enerjisinin aslında biraz daha yüksek olabileceğini gösteren bir durumdur, ancak dizilim kuralları için dolum sırası geçerlidir.
• Krom (Cr) ve Bakır (Cu): Bu elementlerde, yarı dolu (d⁵) veya tam dolu (d¹⁰) alt kabukların ekstra kararlılığından dolayı beklenen dizilimden farklı bir dizilim gözlemlenir. Örneğin, Cr'nin elektron dizilimi [Ar]4s¹3d⁵ şeklindedir, [Ar]4s²3d⁴ şeklinde değil.

Bu kuralları ve sıralamayı öğrenmek, periyodik tablodaki elementlerin elektron dizilimlerini doğru bir şekilde yazmanın temelini oluşturur.