Atom Multielektron dan Tabel Periodik

Atom multielektron dijelaskan dengan memperlakukan setiap elektron bergerak dalam medan rata-rata inti dan elektron lainnya, dan mengisi orbital yang dihasilkan sesuai dengan prinsip Pauli mereproduksi tabel periodik.

Definition

Atom multielektron adalah atom yang mengandung dua atau lebih elektron yang tolakan timbal baliknya mencegah solusi yang tepat; ini dimodelkan dengan menetapkan setiap elektron sebuah orbital dalam potensial rata-rata swakonsisten, dengan keadaan keseluruhan dibatasi oleh antisimetri fungsi gelombang banyak-elektron.

Scope

Topik ini mencakup perlakuan perkiraan atom dengan lebih dari satu elektron: perkiraan medan-pusat, penyaringan dan muatan inti efektif, metode swakonsisten Hartree dan Hartree–Fock, konfigurasi elektron, dan skema penggandengan momentum sudut (LS dan jj) yang menimbulkan suku-suku atom. Ini menjelaskan bagaimana prinsip pengecualian Pauli dan urutan energi subkulit membangun struktur tabel periodik.

Core questions

• Bagaimana atom dengan banyak elektron yang berinteraksi dapat dijelaskan secara perkiraan?
• Apa itu perkiraan medan-pusat dan bagaimana penyaringan memodifikasi muatan inti?
• Bagaimana prinsip Pauli dan energi subkulit menghasilkan tata letak tabel periodik?
• Bagaimana momentum sudut elektron individu bergabung menjadi suku-suku atom total?

Key concepts

• Perkiraan medan-pusat
• Penyaringan dan muatan inti efektif
• Determinan Slater dan pertukaran
• Metode Hartree–Fock
• Penggandengan LS dan jj
• Konfigurasi elektron dan subkulit

Key theories

Perkiraan medan-pusat

Setiap elektron diperlakukan bergerak secara independen dalam potensial rata-rata simetris bola karena inti dan elektron lainnya, mengurangi masalah banyak-badan menjadi satu set orbital satu-elektron yang diberi label n dan l.

Medan swakonsisten Hartree–Fock

Potensial rata-rata ditentukan secara swakonsisten dari fungsi gelombang antisimetri (determinan Slater), berulang hingga orbital mereproduksi medan yang menghasilkannya dan menghormati pertukaran elektron.

Prinsip Pauli dan Aufbau tabel periodik

Tidak ada dua elektron yang boleh berbagi keempat bilangan kuantum, sehingga subkulit terisi sesuai urutan peningkatan energi, dan kekambuhan periodik konfigurasi kulit terluar menjelaskan periodisitas kimia unsur-unsur.

Clinical relevance

Struktur elektronik atom banyak-elektron menentukan ikatan kimia dan reaktivitas di seluruh kimia dan ilmu material, dan metode medan-swakonsisten yang dikembangkan untuk atom adalah nenek moyang konseptual dari metode struktur elektronik komputasi yang digunakan untuk merancang molekul dan material.

History

Tabel periodik Mendeleev tahun 1869 mengorganisir unsur-unsur secara empiris berdasarkan perilaku kimia. Dasar fisiknya muncul dengan gagasan kulit Bohr dan, secara menentukan, prinsip pengecualian Pauli tahun 1925, yang menjelaskan mengapa kulit tertutup. Hartree (1928) dan Fock (1930) kemudian mengembangkan metode medan-swakonsisten yang memungkinkan perhitungan kuantitatif atom banyak-elektron.

Key figures

• Wolfgang Pauli
• Douglas Hartree
• Vladimir Fock
• Dmitri Mendeleev

Seminal works

• pauli1925
• bransden2003
• cowan1981

Frequently asked questions

Mengapa subkulit 4s terisi sebelum 3d di banyak atom?

Karena penyaringan dan penetrasi orbital, orbital 4s dapat memiliki energi lebih rendah daripada 3d pada atom netral, sehingga terisi lebih dulu; urutan ini bersifat perkiraan dan berbalik untuk banyak ion, itulah sebabnya aturan ini memiliki pengecualian yang terkenal.

Apa perbedaan antara penggandengan LS dan jj?

Penggandengan LS (Russell–Saunders), berlaku untuk atom yang lebih ringan, menggandengkan semua momentum orbital bersama-sama dan semua spin bersama-sama sebelum menggabungkannya; penggandengan jj, lebih akurat untuk atom berat dengan interaksi spin–orbit yang kuat, menggandengkan spin dan momentum orbital setiap elektron terlebih dahulu.