Elektron diziliminde orbitallerin enerji sıralaması Test 2

Bir öğrenci, 19K elementinin elektron dizilimini [Ar]4s¹ şeklinde yazıyor. Bu dizilimin doğru olmasının temel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?

A) 4s orbitalinin 3d orbitalinden daha düşük enerjili olması
B) Hund kuralının bu element için geçerli olmaması
C) Pauli ilkesinin istisna oluşturması
D) 3d orbitalinin dolmadan 4s'nin dolması

Bu soruda, potasyum (K) elementinin elektron diziliminin neden [Ar]4s¹ şeklinde olduğunu anlamamız isteniyor. Elektron dizilimleri, atomdaki elektronların orbitallere yerleşme düzenini gösterir ve belirli kurallara tabidir. Şimdi bu kuralları ve seçenekleri inceleyerek doğru cevabı bulalım.

• Potasyum (K) Elementinin Elektron Sayısı: Potasyumun atom numarası 19'dur. Bu, nötr bir potasyum atomunun 19 protonu ve 19 elektronu olduğu anlamına gelir.
• Elektron Dizilimi Kuralları: Elektronlar orbitallere yerleşirken temel olarak üç kurala uyarlar:

  Aufbau İlkesi (Artan Enerji İlkesi): Elektronlar, atomda en düşük enerjili orbitallerden başlayarak sırasıyla daha yüksek enerjili orbitallere yerleşirler.

  Pauli Dışlama İlkesi: Bir atomda hiçbir iki elektronun dört kuantum sayısı da aynı olamaz. Bir orbitalde en fazla iki elektron bulunabilir ve bu elektronların spinleri zıt olmalıdır.

  Hund Kuralı: Eş enerjili (dejenere) orbitallere elektronlar yerleşirken, önce her bir orbitale birer birer ve paralel spinlerle yerleşirler, daha sonra ikinci elektronlar zıt spinlerle eklenir.

• Potasyumun Elektron Dizilimi: 19 elektronu bu kurallara göre dizelim:

  1s² (2 elektron)

  2s² (2 elektron)

  2p⁶ (6 elektron)

  3s² (2 elektron)

  3p⁶ (6 elektron)

  Şu ana kadar 2+2+6+2+6 = 18 elektron yerleşti. Bu, Argon (Ar) elementinin elektron dizilimidir. Yani [Ar] şeklinde gösterebiliriz.

  Geriye 1 elektron kaldı (19 - 18 = 1). Bu son elektronun hangi orbitale yerleşeceği, orbitallerin enerji sıralamasına göre belirlenir.

• Orbitallerin Enerji Sıralaması: Orbitallerin enerji sıralaması genellikle (n+l) kuralına göre belirlenir (n: baş kuantum sayısı, l: açısal momentum kuantum sayısı).

  4s orbitali için: n=4, l=0 $ \rightarrow $ n+l = 4+0 = 4

  3d orbitali için: n=3, l=2 $ \rightarrow $ n+l = 3+2 = 5

  Görüldüğü gibi, 4s orbitalinin (n+l=4) enerjisi, 3d orbitalinin (n+l=5) enerjisinden daha düşüktür. Bu nedenle, 19. elektron 3d orbitaline değil, 4s orbitaline yerleşir.

• Seçeneklerin Değerlendirilmesi:

  A) 4s orbitalinin 3d orbitalinden daha düşük enerjili olması: Bu, Aufbau ilkesinin bir sonucudur ve elektronların 4s orbitaline 3d'den önce yerleşmesinin temel nedenidir. Bu ifade doğrudur.

  B) Hund kuralının bu element için geçerli olmaması: Hund kuralı, eş enerjili orbitallerin (örneğin p veya d orbitalleri) doldurulmasıyla ilgilidir. Potasyumun son elektronu 4s gibi tek bir orbitale yerleştiği için, bu kuralın burada doğrudan bir istisnası veya geçersizliği söz konusu değildir. Kural genel olarak geçerlidir ancak bu durumun nedeni değildir.

  C) Pauli ilkesinin istisna oluşturması: Pauli dışlama ilkesi, atomik elektron dizilimlerinin temel bir kuralıdır ve hiçbir zaman istisna oluşturmaz. Bu seçenek yanlıştır.

  D) 3d orbitalinin dolmadan 4s'nin dolması: Bu ifade doğru bir gözlemdir, yani 4s orbitali 3d'den önce dolar. Ancak bu, olayın bir açıklamasıdır, olayın temel nedeni değildir. Temel neden, 4s'nin enerjisinin 3d'den düşük olmasıdır. Soru "temel nedeni" sormaktadır.

Bu açıklamalar ışığında, potasyumun elektron diziliminin [Ar]4s¹ olmasının temel nedeni, 4s orbitalinin 3d orbitalinden daha düşük enerjili olmasıdır.

Cevap A seçeneğidir.