Mi grupo de estudio está debatiendo sobre cuáles son las tres configuraciones más bajas del carbono. Yo he argumentado que el electrón tiene que saltar al nivel 3s para que la configuración sea diferente. Otros han sugerido que los dos electrones de valencia sólo tienen que cambiar su $m$ y $s$ números en el nivel 2p. Estamos utilizando la obra Física Moderna de Morrison y tenemos problemas para resolver esta cuestión dentro del texto. Somos conscientes de La regla de Hund Así que parte del problema estriba en qué se entiende exactamente por "configuración". Queremos entender este problema y hacer el trabajo nosotros mismos, pero estamos instalando la duda en el otro. ¿Puede alguien aclarar "configuración" y tal vez sugerir el enfoque general apropiado aquí?
Respuestas
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Por "configuración electrónica" puede entenderse la forma en que los electrones de un átomo se disponen en los orbitales atómicos, de acuerdo con el Principio de Exclusión de Pauli, el Principio de Aufbau y la Regla de Hund, de la menor energía total posible (conocida como Estado Básico).
En el caso del carbono (Z=6), hay que colocar seis electrones en los orbitales atómicos correctos.
Los 2 primeros ocupan el orbital atómico de menor energía posible, es decir el 1s, por lo que tenemos $1s^2$ para la primera legislatura.
Para los cuatro electrones restantes, los dos siguientes orbitales atómicos más bajos disponibles son 2s y 2p y siguiendo las reglas anteriores eso nos da $2s^2$ y $2p^2$ . Teniendo en cuenta que para satisfacer la regla de Hund los últimos dos electrones 2p se dividen en uno $p_x$ y una $p_y$ suborbital, cada uno con un electrón del mismo número cuántico de espín ( $m_s=-\frac{1}{2} \text{or} +\frac{1}{2}$ ).
En general podemos escribir la configuración electrónica del carbono como
$1s^2 2s^2 2p^2$ o con algún detalle añadido $1s^22s^22p_x^12p_y^1$ y porque $[He]=1s^2$ La configuración electrónica del carbono (estado básico) puede escribirse como:
$[C]=[He]2s^22p^2$ = $[He]2s^22p_x^12p_y^1$ .
El primer estado excitado del carbono $C^*$ y la que explica la existencia de $C(+4)$ compuestos químicos, es $[He]2s^12p_x^12p_y^12p_z^1$ donde los tres electrones solitarios 2p tienen el mismo $m_s$ valor.
La configuración electrónica es la distribución de los electrones en los orbitales atómicos (o moleculares). Aquí parece que tienes una idea que tiene que ver con los momentos angulares y de espín.
La regla de Hund puede decirnos cuál es la más bajo configuración de los electrones es y en primer lugar se originó de la manera de elegir un estado de menor interacción entre total momento y todo el entorno atómico dentro de una determinada configuración de electrones.
Por la regla de Hund, la configuración electrónica más baja del átomo de carbono es $[He]2s^22p^2$ . Si vamos más allá, $[He]2s^22p_i^12p_j^1$ donde $i,j=x,y,z$ y ambos giros deben ser iguales.
¿Por qué? Es la forma de disminuir la interacción entre el momento total y cualquier otro factor. El Hamiltoniano atómico tiene varios términos; energía cinética de los electrones + repulsión entre electrones + atracción entre electrones y protones + (interacción espín-órbita) + (etc). Aquí la interacción espín-órbita es una de las ideas principales de la interacción entre el momento angular total y otros factores. Puedes confundirte si tratas de entender esto usando $\sum m$ y $\sum s$ simplemente, así que no te preocupes por cómo explicar la interacción numéricamente en este momento.
Si usted y su grupo quieren estudiar estrictamente la estructura del Hamiltoniano atómico, cualquier otra configuración que se desvíe del estado-tierra de Hund será el próximo estado excitado, ya que produce una interacción más poderosa entre los factores mecánicos cuánticos y los momentos que aún no puede descifrar.
Desde el 3 $p$ Los orbitales son equivalentes y generalmente el cambio de interacción entre el momento total y el entorno atómico es menor que el cambio de energía cinética/potencial de repulsión de los electrones, por el cambio de estado de los mismos,
$[He]2s^22p_i^12p_j^1$ (dos $p$ los electrones tienen espín opuesto)
$[He]2s^22p_i^2$
$[He]2s^12p_i^12p_j^12p_k^1$ (ya que $2s$ y $2p$ tienen diferente energía con más de un electrón)
son las tres siguientes configuraciones más bajas y, lamentablemente, no podemos determinar su orden aquí.
Bien, si no estás familiarizado con la estructura misma del Hamiltoniano atómico, podemos concentrarnos en la diferencia de energía entre los orbitales atómicos y la interacción spin-spin. En este momento,
$[He]2s^12p_i^12p_j^12p_k^1$
$[He]2p_i^22p_j^12p_k^1$
$[He]2p_i^22p_j^2$
son las tres siguientes configuraciones más bajas y se escriben en orden (baja energía -> alta energía).
