Elektron konfiguratsiyalari nima?

Bizning tanamizdagi hujayralar kvant fizikasi bo‘yicha mohir mutaxassislardir - ular atomlar va elektronlarning murakkab raqsini o’rganib olishgan va bu bilim asosida nihoyatda murakkab signal yo‘llari va genetik tizimlarni qurishadi. Biz esa kvant mexanikasini ularchalik yaxshi tushunmaymiz, shu sababli tanamizdagi elektronlarning murakkab holatlarini kuzatib borish uchun maxsus yozuv tizimidan foydalanishga majburmiz.

Elektron konfiguratsiyasi -bu atomdagi barcha elektronlarning joylashuvini yozib borishning oddiy usulidir. Ma’lumki, atom yadrosidagi musbat zaryadlangan protonlar manfiy zaryadlangan elektronlarni o‘ziga tortadi. Elektronlar bu tortishish tufayli atom ichida qolishadi, lekin ular bir- birini itaradi ham, natijada yadro atrofida muayyan tartibda tarqalishadi. Bu tartib yadro atrofida joylashgan elektronlarning harakatlanadigan hududlarini, orbital deb nomlanuvchi chiroyli geometrik shakllarni hosil qiladi. Elektronlarning bir orbitalga to‘planib qolmasdan, alohida orbitalarda joylashishining sababi bu Pauli Taqiqlash prinsipi bo‘lib, u kvant mexanikasining asosiy qonunlaridan biridir. Bu prinsipga ko‘ra, ikkita elektron hech qachon aynan bir joyda bo‘la olmaydi. Bu faqat elektronlarning itarilishi sabab emas, balki barcha subatomik zarrachalarni cheklovchi fundamental fizik qonunlarga asoslanadi.

Orbitalar har bir elektron uchun atom ichidagi aniq “manzillar”ni bildiradi. Elektronlarni shunday tasavvur qilingki, ular go‘zal bog‘ yaqinida joylashgan ko‘p kvartirali uylarning ijarachilaridir. Ular bog‘ga (ya'ni yadroga) yaqin yashashni xohlashadi, ammo bir joyda yashay olishmaydi.Shuning uchun ayrim elektronlar yadroga eng yaqin kvartiralarda yashaydi, lekin elektronlar soni ko‘payganda, ayrimlari chetroqdagi kvartiralarga ko‘chishadi. Bu holat davriy jadvalda kuzatiladigan umumiy qonuniyatga mos keladi: kichik atom raqamiga ega elementlarning (ya’ni kam elektronli) elektronlarining ko‘pi yadroga yaqin orbitalarda joylashadi. Davriy jadval bo‘ylab pastga qarab harakat qilsak, yadrogacha bo‘lgan masofa ortadi va tashqi orbitalar ham to‘la boshlaydi.

Atom ichida elektron qayerda joylashganini aniqlash uchun, u yadrodanoq qanday uzoqlikda joylashganini (bu uning energiya darajasini bildiradi, chunki yadrodan uzoqroq elektronlar ko‘proq energiyaga ega) va u qanday orbitalda joylashganini bilish zarur. Ko’p qavatli binoning (energiya darajasi) raqabi bilan birga kvartira raqamini ham aniqlash desak bo’ladi. Agar elektronlarning yashash joylari (ya'ni orbitalari) xaritasini chizsak, u quyidagicha ko'rinadi:

E’tibor bering: har bir blok (energiya darajasi) yangi turdagi kvartiraga (orbitalga) ega, bundan tashqari, oldingi kichik kvartira turlari ham unda takrorlanadi.

Kimyogarlar har bir elektron qayerda yashashini aniq bilishni istaganliklari sababli, elektron konfiguratsiyasi deb nomlanuvchi belgilar ketma-ketligini yozib borishadi. Masalan, kislorod atomining elektron konfiguratsiyasi quyidagicha:

1s^2 2s^2 2p^4

Bu yerda kichik raqamlar (yuqoridagi indekslar) har bir orbitalda nechta elektron borligini bildiradi, harflar orbital turini ko‘rsatadi, katta raqamlar esa qaysi energiya darajasida joylashganini bildiradi. Elektronlar soni protonlar soniga teng bo‘lishi sababli, indekslar yig‘indisi 8 ga teng, bu esa kislorodning atom raqamidir. Har bir energiya darajasida (kvartira uyida) to‘rtta turdagi orbital (kvartira) bo‘lishi mumkin, ammo har bir orbital turida nechta elektron yashashi mumkinligi turiga bog‘liq:

 s orbital (kichik kvartira) - faqat 2 elektronni sig‘dira oladi.

 p orbital (standart kvartira) — 6 tagacha elektronni sig‘dira oladi. Kislorodda atigi 8 ta elektron bo‘lgani sababli, p-orbitalda faqat 4 ta elektron yashaydi va yana 2 ta bo‘sh joy mavjud. Bu joylar kislorod boshqa atomlar bilan bog‘lanayotganida ishga tushadi.

 d (10 elektron) va f (14 elektron) orbital turlari - yadrodan ancha uzoq, faqat ko‘p elektronli elementlarda uchraydi. Biroq davriy jadval bo‘ylab pastga harakatlanar ekanmiz, elektronlarning qaysi orbitalarga joylashishini aniqlovchi yanada murakkab kvant mexanikasi qonunlari ishga tushadi.

Ba’zida elektronlar yaqin orbital bo‘sh bo‘lsa ham, yiroq orbitalni tanlaydi. Ammo ikkita asosiy qoida o‘zgarishsiz qoladi: elektronlar yadroga yaqin bo‘lishni istaydi va har bir orbital to‘la bo‘lishga harakat qiladi.

Elektron konfiguratsiyasi qanday yoziladi?

Elektron konfiguratsiyasini yozishning eng oson yo‘li bu elektron konfiguratsiyasi jadvalidan foydalanishdir. Bu jadval elektronlar joylashadigan orbitalarni belgilash uchun kerak bo‘ladi. Jadvalni yodlash oson, u har qanday element uchun elektron konfiguratsiyasini yozishda yordam beradi. Jadvalni quyidagicha chiziladi:

Qatordagi raqamlar energiya darajasini bildiradi, ustunlar esa orbital turini. Boshidagi ikkita qatorning ustunlari kamroq bo‘lishining sababi elektronlarning yadrogacha bo‘lgan yaqinligida yuzaga keladigan to‘qnashuvlar bilan bog‘liq. Jadvalni chizgach, shunchaki yuqoridan boshlab harakat qilasiz va indekslar (elektron soni) siz yozayotgan atomdagi umumiy elektronlar soniga teng bo‘lguncha davom etasiz. Masalan, agar siz berilliy (4 elektron) uchun elektron konfiguratsiyasini yozmoqchi bo‘lsangiz, yuqoridan boshlaysiz va 1s orqali o‘tib, keyin 2s ga yetguningizcha aylanasiz. O‘tganingizdagi kichik raqamlarning yig‘indisi hozir 4 ga teng va siz ishni tugatdingiz. Sizning yo‘lingiz berilliy uchun to‘g‘ri konfiguratsiyani bildiradi:

1s^2 2s^2

Qiziqarli jihat: har bir keyingi elementning konfiguratsiyasi oldingisini o‘z ichiga oladi. Masalan, vodorod, geliy, litiy va berilliy konfiguratsiyasi:

1s^1

1s^2

1s^2 2s^1

1s^2 2s^2

Kimyogarlar atom raqami katta bo‘lgan elementlar uchun juda uzun konfiguratsiyani yozmaslik uchun qisqartirish usulidan foydalanishadi. Masalan, natriy:

1s^2 2s^2 2p^6 3s^1

shaklida yoziladi, lekin quyidagicha soddalashtiriladi:

[Ne] 3s^1

Chunki Neon quyidagi konfiguratsiyaga ega: 1s^2 2s^2 2p^6. Bu usul elektron konfiguratsiyasini soddalashtirishga yordam beradi, chunki faqat tashqi energiya darajalari kimyoviy reaksiyalarda ishtirok etadi.

Uglerod - hayot kaliti

Uglerodning elektron konfiguratsiyasi uni turli molekulalarni hosil qilishda juda moslashtiradi. Uning konfiguratsiyasi quyidagicha:

1s^22s^22p^2

“p” turidagi orbitalda odatda 6 ta elektron yashashi mumkin, ammo uglerodda ularning faqat 2 tasi bor, ya’ni yana 4 ta bo‘sh joy mavjud. Bu uglerodga boshqa atomlar bilan o‘z orbitalarini bo‘lishish imkonini beradi, natijada barqaror bog‘lanishlar hosil qiladi. Uglerod vodorod, kislorod kabi ko‘plab muhim elementlar bilan bog‘lana oladi. Shu sababli u turli biokimyoviy birikmalarda energiya manbalari, tuzilma moddalari va hazm qilish fermentlarida uchraydi. Uglerodning bu moslashuvchanligi uni hayot uchun ajralmas elementga aylantiradi, chunki tirik organizmlar uni turli shakllarga oson aylantirib, qayta ishlata oladi.