Sådan laver du orbitale diagrammer

Elektronbanediagrammer og skriftlige konfigurationer fortæller dig, hvilke orbitaler der er fyldt, og hvilke der delvist er fyldt for ethvert atom. Antallet af valenselektroner påvirker deres kemiske egenskaber og den specifikke rækkefølge og orbitalernes egenskaber er vigtige i fysikken, så mange studerende er nødt til at få fat i grundlæggende. Den gode nyhed er, at kredsløbsdiagrammer, elektronkonfigurationer (både i stenografi og i fuld form) og punktdiagrammer til elektroner er virkelig nemme at forstå, når du først har forstået et par grundlæggende.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Elektronkonfigurationer har formatet: 1s² 2s² 2p⁶. Det første tal er det vigtigste kvantetal (n), og bogstavet repræsenterer værdien af ​​l (vinkelmomentkvantumtal; 1 = s, 2 = p, 3 = d og 4 = f) for orbitalen, og overskriftstallet fortæller dig, hvor mange elektroner der er i den orbitale. Orbitaldiagrammer bruger det samme grundlæggende format, men i stedet for tal for elektronerne bruger de ↑ og ↓ pile, såvel som at give hver orbital sin egen linje til også at repræsentere elektronernes spins.

Elektronkonfigurationer udtrykkes gennem en notation, der ser sådan ud: 1s² 2s² 2p¹. Lær de tre hoveddele af denne notation for at forstå, hvordan den fungerer. Det første tal fortæller dig "energiniveauet" eller det vigtigste kvantetal (n). Det andet bogstav fortæller dig værdien af ​​(l), det kantede kvantetal. For l = 1 er bogstavet s, for l = 2 er det p, for l = 3 er det d, for l = 4 er det f, og for højere tal stiger det alfabetisk fra dette punkt. Husk, at s orbitaler maksimalt indeholder to elektroner, p orbitaler maksimalt seks, d maksimalt 10 og f maksimalt 14.

Aufbau-princippet fortæller dig, at orbitalerne med lavest energi fyldes først, men den specifikke rækkefølge er ikke sekventiel på en måde, der er let at huske. Se ressourcer for et diagram, der viser påfyldningsrækkefølgen. Bemærk at n = 1 niveauet kun har s orbitaler, n = 2 niveauet kun har s og p orbitaler, og n = 3 niveauet kun har s, p og d orbitaler.

Disse regler er lette at arbejde med, så notationen til konfigurationen af ​​scandium er:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

Hvilket viser, at hele n = 1 og n = 2 niveauer er fulde, n = 4 niveauet er startet, men 3d-skallen indeholder kun en elektron, hvorimod den har en maksimal belægning på 10. Denne elektron er valenselektronen.

Identificer et element fra notationen ved blot at tælle elektronerne og finde elementet med et matchende atomnummer.

At skrive hver eneste bane ud for tungere elementer er kedelig, så fysikere bruger ofte en stenografisk notation. Dette fungerer ved at bruge de ædle gasser (i den yderste højre kolonne i det periodiske system) som udgangspunkt og tilføje de endelige orbitaler på dem. Så scandium har den samme konfiguration som argon, undtagen med elektroner i to ekstra orbitaler. Kortformen er derfor:

[Ar] 4s² 3d¹

Fordi konfigurationen af ​​argon er:

[Ar] = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Du kan bruge dette med alle elementer bortset fra brint og helium.

Orbitaldiagrammer er som den netop indførte konfigurationsnotation, undtagen med de angivne spins på elektroner. Brug udelukkelsesprincippet Pauli og Hunds regel til at finde ud af, hvordan du fylder skaller. Udelukkelsesprincippet siger, at ingen to elektroner kan dele de samme fire kvantetal, hvilket grundlæggende resulterer i par af tilstande, der indeholder elektroner med modsatte spins. Hunds regel siger, at den mest stabile konfiguration er den med det højest mulige antal parallelle spins. Dette betyder, at når du skriver kredsløbsdiagrammer for delvist fulde skaller, skal du udfylde alle up-spin-elektronerne, inden du tilføjer nogen down-spin-elektroner.

Dette eksempel viser, hvordan kredsløbsdiagrammer fungerer, idet man bruger argon som et eksempel:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Elektronerne er repræsenteret af pilene, som også indikerer deres spins, og notationen til venstre er standard elektronkonfigurationsnotation. Bemærk, at orbitalerne med højere energi er øverst i diagrammet. For en delvist fuld skal kræver Hunds regel, at de udfyldes på denne måde (ved hjælp af nitrogen som et eksempel).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Punktdiagrammer adskiller sig meget fra kredsløbsdiagrammer, men de er stadig meget lette at forstå. De består af symbolet for elementet i midten omgivet af prikker, der angiver antallet af valenselektroner. For eksempel har kulstof fire valenselektroner og symbolet C, så det er repræsenteret som:

∙

∙ C ∙

∙

Og ilt (O) har seks, så det er repræsenteret som:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Når elektroner deles mellem to atomer (i kovalent binding), deler atomerne prikken i diagrammet på samme måde. Dette gør fremgangsmåden meget nyttig til forståelse af kemisk binding.