De elektronenconfiguratie
Hoe verloopt de bezetting van de orbitalen met elektronen volgens de elektronenconfiguratie
Bron: ChatGPT3.5 Open AI
Het opvullen van de orbitalen volgt bepaalde regels en principes, zoals vastgesteld door de regels van de kwantummechanica en het Pauli uitsluitingsprincipe. Laten we deze processen in meer detail bekijken.
De elektronenconfiguratie beschrijft de verdeling van elektronen over verschillende energieniveaus en subniveaus in een atoom. Het begrijpen van de opvulling van orbitalen begint met het begrip van de verschillende subniveaus en hun capaciteit om elektronen te bevatten.
De subniveaus zijn s, p, d en f, en elk subniveau heeft een verschillend aantal orbitalen:
1. s-subniveau: 1 orbitaal, kan maximaal 2 elektronen bevatten.
2. p-subniveau: 3 orbitalen, elk kan maximaal 2 elektronen bevatten (totaal 6 elektronen).
3. d-subniveau: 5 orbitalen, elk kan maximaal 2 elektronen bevatten (totaal 10 elektronen).
4. f-subniveau: 7 orbitalen, elk kan maximaal 2 elektronen bevatten (totaal 14 elektronen).
Het opvullen van orbitalen begint met het laagste energieniveau en gaat vervolgens naar hogere energieniveaus. Dit wordt weergegeven in het principe van de opvulling van Pauli, dat stelt dat geen twee elektronen in een atoom hetzelfde stel kwantumgetallen kunnen hebben.
Bijvoorbeeld, in het waterstofatoom (H) is de elektronenconfiguratie 1s1. Dit betekent dat het enkele elektron zich in het s-subniveau van het eerste energieniveau bevindt. In helium (He), met atoomnummer 2, is de elektronenconfiguratie 1s2, waarbij het tweede elektron in hetzelfde s-subniveau wordt toegevoegd.
Voor het koolstofatoom (C) met atoomnummer 6 is de elektronenconfiguratie 1s2 2s2 2p2. Hier zien we dat de eerste twee elektronen het s-subniveau opvullen (1s2), en de volgende vier elektronen vullen het p-subniveau (2s2 2p2) op.
De regel van Hund stelt dat wanneer er meerdere orbitale mogelijkheden zijn op hetzelfde energieniveau, elektronen eerst enkel bezette orbitalen invullen voordat ze paren vormen. Dit zorgt ervoor dat elk orbitaal eerst één elektron heeft voordat ze gepaard gaan.
Laten we dit illustreren met het stikstofatoom (N) met atoomnummer 7. De elektronenconfiguratie is 1s2 2s2 2p3. Hier zien we dat het s-subniveau wordt gevuld met twee elektronen, en vervolgens gaan de overige drie elektronen naar het p-subniveau. Volgens de regel van Hund zullen ze elk eerst een leeg p-orbitaal innemen voordat ze paren vormen.
Het opvullen van orbitalen gaat op deze manier door totdat alle beschikbare elektronen zijn toegewezen aan de verschillende subniveaus. Het periodiek systeem is een handige referentie om de volgorde van energieniveaus en subniveaus te begrijpen en de elektronenconfiguraties van elementen af te leiden.
In het kort volgt het opvullen van orbitalen dus de regels van de kwantummechanica, het Pauli uitsluitingsprincipe en de regel van Hund om een stabiele en evenwichtige verdeling van elektronen in een atoom te bereiken.
De f-orbitalen
De opvulling van p-orbitalen begint op het tweede energieniveau. De opvulling van d-orbitalen begint op het derde energieniveau. De opvulling van f-orbitalen begint op het vierde energieniveau. De elektronenconfiguratie volgt een patroon waarbij de orbitalevullingen beginnen met het 1s-subniveau op het eerste energieniveau, gevolgd door het 2s-subniveau, 2p-subniveau, 3s-subniveau, 3p-subniveau, 4s-subniveau en 3d-subniveau op het derde energieniveau.
Na het derde energieniveau, wanneer we bij het vierde energieniveau aankomen, begint de opvulling van de f-orbitalen. Het f-subniveau heeft 7 orbitalen (f-orbitalen), en elk orbitaal kan maximaal 2 elektronen bevatten, wat resulteert in een totale capaciteit van 14 elektronen voor het f-subniveau.
Het patroon van opvulling gaat als volgt:
1. 1s
2. 2s 2p
3. 3s 3p 3d
4. 4s 4p 4d 4f (begin van opvulling van f-orbitalen)
5. 5s 5p 5d 5f
6. 6s 6p 6d 6f
7. 7s 7p 7d 7f
Het is belangrijk op te merken dat de opvulling van orbitalen volgens deze regels verder gaat met het toevoegen van elektronen aan de hogere energieniveaus en subniveaus. Dit patroon gaat door totdat alle elektronen zijn toegewezen volgens de regels van de kwantummechanica en het Pauli uitsluitingsprincipe.
terug naar het kwantumfysische atoommodel
^