Как да правим орбитални диаграми

Електронните орбитални диаграми и писмени конфигурации ви казват кои орбитали са запълнени и кои са частично запълнени за всеки атом. Броят на валентните електрони влияе върху техните химични свойства и специфичното подреждане и свойствата на орбиталите са важни във физиката, така че много ученици трябва да се справят с Основи. Добрата новина е, че орбиталните диаграми, електронните конфигурации (както в стенография, така и в пълна форма) и точковите диаграми за електрони са наистина лесни за разбиране, след като разберете няколко основни положения.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Електронните конфигурации имат формат: 1s² 2 секунди² 2р⁶. Първото число е основното квантово число (n), а буквата представлява стойността на l (квантово число на ъгловия момент; 1 = s, 2 = p, 3 = d и 4 = f) за орбиталата, а горният индекс ви казва колко електрони има в тази орбитала. Орбиталните диаграми използват същия основен формат, но вместо числа за електроните, те използват стрелките ↑ и ↓, както и дават на всяка орбита собствена линия, за да представят и завъртанията на електроните.

Електронните конфигурации се изразяват чрез нотация, която изглежда така: 1s² 2 секунди² 2р¹. Научете трите основни части на тази нотация, за да разберете как работи. Първото число ви казва „енергийното ниво“ или главното квантово число (n). Втората буква ви казва стойността на (l), квантовото число на ъгловия момент. За l = 1, буквата е s, за l = 2 е p, за l = 3 е d, за l = 4 е f и за по-големи числа се увеличава по азбучен ред от тази точка. Не забравяйте, че s орбиталите съдържат максимум два електрона, p орбитали максимум шест, d максимум 10 и f максимум 14.

Принципът на Aufbau ви казва, че първо се запълват орбиталите с най-ниска енергия, но конкретният ред не е последователен по начин, който е лесен за запомняне. Вижте Ресурси за диаграма, показваща реда на попълване. Обърнете внимание, че n = 1 ниво има само s орбитали, n = 2 ниво има само s и p орбитали, а n = 3 ниво има само s, p и d орбитали.

С тези правила се работи лесно, така че обозначението за конфигурацията на скандий е:

1s² 2 секунди² 2р⁶ 3 секунди² 3p⁶ 4s² 3d¹

Което показва, че целите n = 1 и n = 2 нива са пълни, нивото n = 4 е стартирано, но 3d обвивката съдържа само един електрон, докато максималната заетост е 10. Този електрон е валентният електрон.

Идентифицирайте елемент от нотацията, като просто преброите електроните и намерите елемента със съответстващ атомен номер.

Изписването на всяка една орбитала за по-тежки елементи е досадно, така че физиците често използват стенографски нотации. Това работи, като се използват благородните газове (в най-дясната колона на периодичната таблица) като отправна точка и се добавят крайните орбитали към тях. Така че скандийът има същата конфигурация като аргона, с изключение на електроните в две допълнителни орбитали. Следователно стенографската форма е:

[Ar] 4s² 3d¹

Тъй като конфигурацията на аргон е:

[Ar] = 1s² 2 секунди² 2р⁶ 3 секунди² 3p⁶

Можете да използвате това с всякакви елементи освен водород и хелий.

Орбиталните диаграми са като току-що въведената нотация на конфигурацията, с изключение на посочените спинове на електрони. Използвайте принципа за изключване на Паули и правилото на Хунд, за да разберете как да пълните черупки. Принципът на изключване гласи, че няма два електрона, които могат да споделят едни и същи четири квантови числа, което основно води до двойки състояния, съдържащи електрони с противоположни спинове. Правилото на Хунд гласи, че най-стабилната конфигурация е тази с възможно най-голям брой паралелни завъртания. Това означава, че когато пишете орбитални диаграми за частично пълни черупки, попълнете всички електрони нагоре, преди да добавите електрони надолу.

Този пример показва как работят орбиталните диаграми, като се използва аргон като пример:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3 секунди ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Електроните са представени със стрелките, които също показват техните завъртания, а обозначението вляво е стандартно обозначение на електронната конфигурация. Обърнете внимание, че орбиталите с по-висока енергия са в горната част на диаграмата. За частично пълна черупка правилото на Хунд изисква те да се пълнят по този начин (като азот като пример).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Точковите диаграми са много различни от орбиталните, но все пак са много лесни за разбиране. Те се състоят от символа за елемента в центъра, заобиколен от точки, показващи броя на валентните електрони. Например въглеродът има четири валентни електрона и символа C, така че е представен като:

∙

∙ C ∙

∙

А кислородът (O) има шест, така че е представен като:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Когато електроните се споделят между два атома (при ковалентно свързване), атомите споделят точката на диаграмата по същия начин. Това прави подхода много полезен за разбиране на химичното свързване.