Πώς να κάνετε διαγράμματα τροχιακών

Διαγραμματικά τροχιακά ηλεκτρονίων και γραπτές διαμορφώσεις σας ενημερώνουν ποια τροχιακά είναι γεμάτα και ποια είναι μερικώς γεμάτα για οποιοδήποτε άτομο. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους επηρεάζει τις χημικές τους ιδιότητες και τη συγκεκριμένη σειρά και Οι ιδιότητες των τροχιακών είναι σημαντικές στη φυσική, έτσι πολλοί μαθητές πρέπει να ασχοληθούν με το βασικά. Τα καλά νέα είναι ότι τα τροχιακά διαγράμματα, οι διαμορφώσεις ηλεκτρονίων (τόσο σε στενή όσο και σε πλήρη μορφή) και τα διαγράμματα κουκίδων για τα ηλεκτρόνια είναι πραγματικά εύκολα κατανοητά μόλις καταλάβετε μερικά βασικά.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Οι διαμορφώσεις ηλεκτρονίων έχουν τη μορφή: 1s² 2δ² 2ρ⁶. Ο πρώτος αριθμός είναι ο κύριος κβαντικός αριθμός (n) και το γράμμα αντιπροσωπεύει την τιμή του l (κβαντικός αριθμός γωνιακής ορμής. 1 = s, 2 = p, 3 = d και 4 = f) για το τροχιακό, και ο αριθμός του υπεργράφου σας λέει πόσα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε αυτό το τροχιακό. Τα τροχιακά διαγράμματα χρησιμοποιούν την ίδια βασική μορφή, αλλά αντί για αριθμούς για τα ηλεκτρόνια, χρησιμοποιούν ↑ και ↓ βέλη, καθώς επίσης δίνουν σε κάθε τροχιακή τη δική της γραμμή, για να αντιπροσωπεύουν επίσης τις περιστροφές των ηλεκτρονίων.

Οι διαμορφώσεις ηλεκτρονίων εκφράζονται μέσω σημειογραφίας που μοιάζει με αυτό: 1s² 2δ² 2ρ¹. Μάθετε τα τρία κύρια μέρη αυτής της σημειογραφίας για να καταλάβετε πώς λειτουργεί. Ο πρώτος αριθμός σας λέει το "επίπεδο ενέργειας" ή τον κύριο κβαντικό αριθμό (n). Το δεύτερο γράμμα σας λέει την τιμή του (l), τον κβαντικό αριθμό γωνιακής ορμής. Για l = 1, το γράμμα είναι s, για l = 2 είναι p, για l = 3 είναι d, για l = 4 είναι f και για υψηλότερους αριθμούς αυξάνεται αλφαβητικά από αυτό το σημείο. Να θυμάστε ότι τα τροχιακά s περιέχουν δύο ηλεκτρόνια το πολύ, p τροχιακά το πολύ έξι, d το μέγιστο 10 και f το πολύ 14.

Η αρχή του Aufbau σας λέει ότι τα τροχιακά χαμηλότερης ενέργειας γεμίζουν πρώτα, αλλά η συγκεκριμένη σειρά δεν είναι διαδοχική με τρόπο που είναι εύκολο να απομνημονευθεί. Δείτε Πόρους για ένα διάγραμμα που δείχνει τη σειρά πλήρωσης. Σημειώστε ότι το επίπεδο n = 1 έχει μόνο s τροχιακά, το επίπεδο n = 2 έχει μόνο s και p τροχιακά, και το n = 3 επίπεδο έχει μόνο s, p και d τροχιακά.

Αυτοί οι κανόνες είναι εύκολο να χρησιμοποιηθούν, οπότε η σημείωση για τη διαμόρφωση του scandium είναι:

1δ² 2δ² 2ρ⁶ 3δ² 3ρ⁶ 4δ² 3δ¹

Που δείχνει ότι ολόκληρα τα επίπεδα n = 1 και n = 2 είναι γεμάτα, το επίπεδο n = 4 έχει ξεκινήσει, αλλά το τρισδιάστατο κέλυφος περιέχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο, ενώ έχει μέγιστη χωρητικότητα 10. Αυτό το ηλεκτρόνιο είναι το ηλεκτρόνιο σθένους.

Προσδιορίστε ένα στοιχείο από τον συμβολισμό μετρώντας απλά τα ηλεκτρόνια και βρείτε το στοιχείο με έναν αντίστοιχο ατομικό αριθμό.

Το να γράφεις κάθε τροχιακό για βαρύτερα στοιχεία είναι κουραστικό, έτσι οι φυσικοί χρησιμοποιούν συχνά μια σύντομη σημείωση. Αυτό λειτουργεί χρησιμοποιώντας τα ευγενή αέρια (στην άκρη δεξιά στήλη του περιοδικού πίνακα) ως αφετηρία και προσθέτοντας τα τελικά τροχιακά πάνω τους. Έτσι, το σκάνδιο έχει την ίδια διαμόρφωση με το αργό, εκτός από τα ηλεκτρόνια σε δύο επιπλέον τροχιακές. Η συντομογραφία είναι επομένως:

[Αρ] 4δ² 3δ¹

Επειδή η διαμόρφωση του αργού είναι:

[Ar] = 1 δευτ² 2δ² 2ρ⁶ 3δ² 3ρ⁶

Μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε με στοιχεία εκτός από υδρογόνο και ήλιο.

Τα τροχιακά διαγράμματα μοιάζουν με τη σημείωση διαμόρφωσης που μόλις εισήχθη, εκτός από τις περιστροφές των ηλεκτρονίων που υποδεικνύονται. Χρησιμοποιήστε την αρχή αποκλεισμού Pauli και τον κανόνα του Hund για να μάθετε πώς να γεμίζετε κελύφη. Η αρχή αποκλεισμού δηλώνει ότι κανένα δύο ηλεκτρόνια δεν μπορούν να μοιράζονται τους ίδιους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς, πράγμα που οδηγεί ουσιαστικά σε ζεύγη καταστάσεων που περιέχουν ηλεκτρόνια με αντίθετες περιστροφές. Ο κανόνας του Hund αναφέρει ότι η πιο σταθερή διαμόρφωση είναι αυτή με τον υψηλότερο δυνατό αριθμό παράλληλων περιστροφών. Αυτό σημαίνει ότι όταν γράφετε τροχιακά διαγράμματα για μερικώς πλήρη κελύφη, συμπληρώστε όλα τα ηλεκτρόνια ανοδικής περιστροφής πριν προσθέσετε τυχόν ηλεκτρόνια κάτω περιστροφής.

Αυτό το παράδειγμα δείχνει πώς λειτουργούν τα τροχιακά διαγράμματα, χρησιμοποιώντας το αργόν ως παράδειγμα:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2δ ↑ ↓

1s ↑ ↓

Τα ηλεκτρόνια αντιπροσωπεύονται από τα βέλη, τα οποία δείχνουν επίσης τις περιστροφές τους, και η σημείωση στα αριστερά είναι τυπική σημείωση διαμόρφωσης ηλεκτρονίων. Σημειώστε ότι τα τροχιακά υψηλότερης ενέργειας βρίσκονται στην κορυφή του διαγράμματος. Για ένα μερικώς γεμάτο κέλυφος, ο κανόνας του Hund απαιτεί να είναι γεμάτοι με αυτόν τον τρόπο (χρησιμοποιώντας άζωτο ως παράδειγμα).

2p ↑ ↑ ↑

2δ ↑ ↓

1s ↑ ↓

Τα διαγράμματα κουκκίδων είναι πολύ διαφορετικά από τα διαγράμματα τροχιακών, αλλά εξακολουθούν να είναι πολύ εύκολα κατανοητά. Αποτελούνται από το σύμβολο για το στοιχείο στο κέντρο, που περιβάλλεται από τελείες που δείχνουν τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους. Για παράδειγμα, ο άνθρακας έχει τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους και το σύμβολο C, οπότε αντιπροσωπεύεται ως:

∙

∙ Γ ∙

∙

Και το οξυγόνο (O) έχει έξι, έτσι αντιπροσωπεύεται ως:

∙

∙∙ Ο ∙

∙∙

Όταν τα ηλεκτρόνια μοιράζονται μεταξύ δύο ατόμων (σε ομοιοπολική σύνδεση), τα άτομα μοιράζονται την τελεία στο διάγραμμα με τον ίδιο τρόπο. Αυτό καθιστά την προσέγγιση πολύ χρήσιμη για την κατανόηση της χημικής σύνδεσης.