Elektronové orbitální diagramy a písemné konfigurace vám řeknou, které orbitaly jsou vyplněny a které jsou částečně vyplněny pro jakýkoli atom. Počet valenčních elektronů ovlivňuje jejich chemické vlastnosti a konkrétní pořadí a vlastnosti orbitalů jsou ve fyzice důležité, takže mnoho studentů se musí vyrovnat s základy. Dobrou zprávou je, že orbitální diagramy, elektronové konfigurace (jak ve zkratce, tak v plné formě) a tečkové diagramy pro elektrony jsou opravdu snadno pochopitelné, jakmile pochopíte několik základních informací.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Konfigurace elektronů mají formát: 1 s2 2 s2 2 s6. První číslo je hlavní kvantové číslo (n) a písmeno představuje hodnotu l (kvantové číslo momentu hybnosti; 1 = s, 2 = p, 3 = d a 4 = f) pro oběžnou dráhu a horní index vám říká, kolik elektronů je na této oběžné dráze. Orbitální diagramy používají stejný základní formát, ale místo čísel pro elektrony používají šipky ↑ a ↓ a také dávají každému orbitálu svou vlastní linii, aby také reprezentovaly rotace elektronů.
Konfigurace elektronů
Konfigurace elektronů jsou vyjádřeny pomocí zápisu, který vypadá takto: 1 s2 2 s2 2 s1. Naučte se tři hlavní části této notace, abyste pochopili, jak to funguje. První číslo vám říká „energetickou hladinu“ nebo hlavní kvantové číslo (n). Druhé písmeno vám říká hodnotu (l), kvantové číslo momentu hybnosti. Pro l = 1 je písmeno s, pro l = 2 je to p, pro l = 3 je to d, pro l = 4 je to f a pro vyšší čísla se od tohoto bodu zvyšuje abecedně. Pamatujte, že s orbitaly obsahují maximálně dva elektrony, p orbitaly maximálně šest, d maximálně 10 af maximálně 14.
Princip Aufbau vám říká, že orbitály s nejnižší energií se naplní jako první, ale konkrétní pořadí není postupné způsobem, který si snadno zapamatujete. V části Zdroje najdete diagram zobrazující objednávku plnění. Všimněte si, že úroveň n = 1 má pouze s orbitaly, úroveň n = 2 má pouze s a p orbitaly a úroveň n = 3 má pouze s, p a d orbitaly.
S těmito pravidly se snadno pracuje, takže notace pro konfiguraci skandia je:
1 s2 2 s2 2 s6 3 s2 3 s6 4 s2 3d1
Což ukazuje, že celá n = 1 a n = 2 úrovně jsou plné, byla spuštěna úroveň n = 4, ale 3D skořápka obsahuje pouze jeden elektron, zatímco má maximální obsazenost 10. Tento elektron je valenční elektron.
Identifikujte prvek z notace jednoduchým počítáním elektronů a vyhledáním prvku s odpovídajícím atomovým číslem.
Zkrácená notace pro konfiguraci
Psát každý jednotlivý orbitál pro těžší prvky je zdlouhavé, takže fyzici často používají zkratkovou notaci. Funguje to tak, že se jako výchozí bod použijí vzácné plyny (v pravém sloupci periodické tabulky) a na ně se přidají konečné orbitaly. Skandium má tedy stejnou konfiguraci jako argon, s výjimkou elektronů ve dvou orbitálech navíc. Zkrácená forma je tedy:
[Ar] 4 s2 3d1
Protože konfigurace argonu je:
[Ar] = 1 s2 2 s2 2 s6 3 s2 3 s6
Můžete jej použít s jakýmikoli prvky kromě vodíku a hélia.
Orbitální diagramy
Orbitální diagramy jsou jako konfigurační notace, která byla právě zavedena, s výjimkou otočení elektronů. Pomocí principu Pauliho vyloučení a Hundova pravidla zjistěte, jak plnit granáty. Princip vyloučení uvádí, že žádné dva elektrony nemohou sdílet stejná čtyři kvantová čísla, což v zásadě vede k dvojici stavů obsahujících elektrony s opačnými rotacemi. Hundovo pravidlo uvádí, že nejstabilnější konfigurace je konfigurace s nejvyšším možným počtem paralelních otočení. To znamená, že při psaní orbitálních diagramů pro částečně plné granáty vyplňte všechny up-spin elektrony před přidáním jakýchkoli down-spin elektronů.
Tento příklad ukazuje, jak fungují orbitální diagramy, přičemž jako příklad používáme argon:
3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
3 s ↑ ↓
2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
2 s ↑ ↓
1 s ↑ ↓
Elektrony jsou reprezentovány šipkami, které také označují jejich otáčení, a zápis vlevo je standardní zápis konfigurace elektronů. Všimněte si, že orbitály s vyšší energií jsou v horní části diagramu. U částečně plné skořápky Hundovo pravidlo vyžaduje, aby byly vyplněny tímto způsobem (jako příklad je použit dusík).
2p ↑ ↑ ↑
2 s ↑ ↓
1 s ↑ ↓
Tečkové diagramy
Tečkové diagramy se velmi liší od orbitálních diagramů, ale je stále velmi snadné je pochopit. Skládají se ze symbolu prvku ve středu, obklopeného tečkami označujícími počet valenčních elektronů. Například uhlík má čtyři valenční elektrony a symbol C, takže je reprezentován jako:
∙
∙ C ∙
∙
A kyslík (O) má šest, takže je reprezentován jako:
∙
∙∙ ∙
∙∙
Když jsou elektrony sdíleny mezi dvěma atomy (v kovalentní vazbě), atomy sdílejí tečku v diagramu stejným způsobem. Díky tomu je přístup velmi užitečný pro pochopení chemické vazby.