Kuidas teha orbiidiskeeme

Elektronide orbitaalskeemid ja kirjalikud konfiguratsioonid ütlevad teile, millised orbitaalid on mis tahes aatomi jaoks täidetud ja millised osaliselt täidetud. Valentselektronide arv mõjutab nende keemilisi omadusi ning spetsiifilist järjestust ja orbitaalide omadused on füüsikas olulised, nii et paljud õpilased peavad sellega hakkama saama põhitõed. Hea uudis on see, et orbiididiagramme, elektronkonfiguratsioone (nii lühi- kui ka täiskujul) ja punktdiagramme elektronide jaoks on tõesti lihtne mõista, kui olete paarist põhitõest aru saanud.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Elektronkonfiguratsioonide formaat on 1s² 2s² 2p⁶. Esimene number on peamine kvantarv (n) ja täht tähistab l väärtust (nurgamomendi kvantarv; 1 = s, 2 = p, 3 = d ja 4 = f) orbiidi puhul ja ülaindeksi number näitab, kui palju elektrone selles orbitaalis on. Orbitaaldiagrammid kasutavad sama põhivormingut, kuid elektronide numbrite asemel kasutavad nad nooli ↑ ja ↓ ning annavad igale orbitaalile ka oma joone, et tähistada ka elektronide pöörlemist.

Elektronkonfiguratsioone väljendatakse tähistuse kaudu, mis näeb välja selline: 1s² 2s² 2p¹. Õppige selle tähistuse kolme peamist osa, et mõista selle toimimist. Esimene number ütleb teile „energiataseme“ ehk kvantarvu (n). Teine täht ütleb teile väärtuse (l), nurkimpulsi kvantarvu. L = 1 puhul on täht s, l = 2 puhul p, l = 3 puhul d, l = 4 puhul f ja kõrgemate numbrite korral suureneb sellest punktist tähestikulises järjekorras. Pidage meeles, et s orbitaalides on maksimaalselt kaks elektroni, p orbitaalides maksimaalselt kuus, d maksimaalselt 10 ja f maksimaalselt 14.

Aufbau põhimõte ütleb teile, et kõige madalama energiaga orbitaalid täidetakse kõigepealt, kuid konkreetne järjestus ei ole järjestikku nii, et seda oleks lihtne meelde jätta. Vaadake jaotist Ressursid diagramm, mis näitab täitmistellimust. Pange tähele, et n = 1 tasemel on ainult s orbitaalid, n = 2 tasemel on ainult s ja p orbitaalid ning n = 3 tasemel on ainult s, p ja d orbitaalid.

Nende reeglitega on lihtne töötada, nii et skandiumi konfiguratsiooni tähis on:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

Mis näitab, et kogu n = 1 ja n = 2 tase on täis, n = 4 tase on alustatud, kuid 3d-kest sisaldab ainult ühte elektroni, samas kui selle maksimaalne hõivatus on 10. See elektron on valentselektron.

Tuvastage märgistusest element, lugedes lihtsalt elektronid üles ja leides sobiva aatomnumbriga elemendi.

Iga üksiku orbiidi kirjutamine raskemate elementide jaoks on tüütu, nii et füüsikud kasutavad sageli lühikirjeldust. Selleks kasutatakse lähtepunktina väärisgaase (perioodilise tabeli paremas veerus) ja lisatakse neile viimased orbitaalid. Nii et skandiumil on sama konfiguratsioon kui argoonil, välja arvatud kahe ekstraorbiidi elektronid. Lühike vorm on seetõttu:

[Ar] 4s² 3d¹

Kuna argooni konfiguratsioon on:

[Ar] = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Saate seda kasutada mis tahes elementidega, välja arvatud vesinik ja heelium.

Orbitaaldiagrammid on nagu äsja kasutusele võetud konfiguratsioonimärkused, välja arvatud elektronide pöörlemisega. Kooride täitmise väljatöötamiseks kasutage Pauli välistamise põhimõtet ja Hundi reeglit. Välistamispõhimõte ütleb, et ükski elektron ei saa jagada ühte ja sama nelja kvantarvu, mille tulemuseks on põhimõtteliselt olekupaarid, mis sisaldavad vastupidise pöörlemisega elektrone. Hundi reegel ütleb, et kõige stabiilsem konfiguratsioon on see, millel on võimalikult palju paralleelseid keerutusi. See tähendab, et osaliselt täis kestade orbiididiagrammide kirjutamisel täitke enne ülespoole pöörlevate elektronide lisamist kõik üles-spin-elektronid.

See näide näitab orbiididiagrammide toimimist, kasutades näiteks argooni:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Elektrone tähistavad nooled, mis tähistavad ka nende pöörlemist, ja vasakpoolne tähistus on standardne elektronkonfiguratsiooni tähis. Pange tähele, et suurema energiaga orbitaalid asuvad skeemi ülaosas. Osaliselt täis kesta puhul nõuab Hundi reegel, et need täidetakse sel viisil (kasutades näiteks lämmastikku).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Punktdiagrammid erinevad orbiididiagrammidest väga palju, kuid neid on siiski väga lihtne mõista. Need koosnevad keskel oleva elemendi sümbolist, mida ümbritsevad valentselektronide arvu tähistavad punktid. Näiteks on süsinikul neli valentselektroni ja sümbol C, nii et seda tähistatakse järgmiselt:

∙

∙ C ∙

∙

Ja hapnikul (O) on kuus, seega on see kujutatud järgmiselt:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Kui elektrone jagatakse kahe aatomi vahel (kovalentses sidemes), jagavad aatomid diagrammis olevat punkti samamoodi. See muudab lähenemise keemilise sideme mõistmiseks väga kasulikuks.