Kuinka tehdä kiertoradat

Elektronien kiertoradakaaviot ja kirjoitetut kokoonpanot kertovat, mitkä kiertoradat ovat täytettyjä ja mitkä ovat osittain täytettyjä minkä tahansa atomin kohdalla. Valenssielektronien lukumäärä vaikuttaa niiden kemiallisiin ominaisuuksiin ja erityiseen järjestykseen ja orbitaalien ominaisuudet ovat tärkeitä fysiikassa, joten monet opiskelijat joutuvat käsittelemään perusasiat. Hyvä uutinen on, että kiertoradakaaviot, elektronikonfiguraatiot (sekä lyhyt- että täysmuodossa) ja elektronikaavion pistekaaviot on todella helppo ymmärtää, kun olet ymmärtänyt muutaman perustavan.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Elektronikonfiguraatioilla on muoto: 1s² 2s² 2p⁶. Ensimmäinen numero on pääkvanttiluku (n) ja kirjain edustaa l: n arvoa (kulmamomenttikvanttiluku; 1 = s, 2 = p, 3 = d ja 4 = f) kiertoradalle, ja yläindeksinumero kertoo kuinka monta elektronia kyseisellä kiertoradalla on. Orbitaalikaaviot käyttävät samaa perusmuotoa, mutta elektronien lukujen sijaan ne käyttävät ↑ ja ↓ nuolia sekä antavat jokaiselle kiertoradalle oman linjansa edustamaan myös elektronien pyöriä.

Elektronikonfiguraatiot ilmaistaan ​​merkinnällä, joka näyttää tältä: 1s² 2s² 2p¹. Opi tämän merkinnän kolme pääosaa ymmärtämään, miten se toimii. Ensimmäinen numero kertoo "energiatason" tai pääkvanttiluvun (n). Toinen kirjain kertoo (l): n, kulmamomenttikvanttiluvun arvon. Kun l = 1, kirjain on s, kun l = 2 se on p, kun l = 3 on d, kun l = 4 se on f ja suuremmilla numeroilla se kasvaa aakkosjärjestyksessä tästä pisteestä. Muista, että s orbitaalit sisältävät korkeintaan kaksi elektronia, p orbitaalit enintään kuusi, d enintään 10 ja f enintään 14.

Aufbaun periaate kertoo, että pienimmän energian kiertoradat täyttyvät ensin, mutta tietty järjestys ei ole peräkkäinen tavalla, joka on helppo muistaa. Katso kohdasta Resurssit kaavio, joka näyttää täyttötilauksen. Huomaa, että n = 1 -tasolla on vain s orbitaalia, n = 2-tasolla vain s- ja p-orbitaalia ja n = 3-tasolla vain s-, p- ja d-orbitaalia.

Näiden sääntöjen kanssa on helppo työskennellä, joten skandiumin kokoonpanon merkinnät ovat:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

Mikä osoittaa, että kaikki n = 1 ja n = 2 tasot ovat täynnä, n = 4 taso on aloitettu, mutta 3d-kuori sisältää vain yhden elektronin, kun taas sen enimmäismäärä on 10. Tämä elektroni on valenssielektroni.

Tunnista elementti merkinnästä yksinkertaisesti laskemalla elektronit ja etsimällä elementti, jolla on vastaava atomiluku.

Jokaisen kiertoradan kirjoittaminen raskaammille elementeille on työlästä, joten fyysikot käyttävät usein lyhytnimiä. Tämä toimii käyttämällä jalokaasuja (jaksollisen taulukon oikeassa reunassa olevassa sarakkeessa) lähtökohtana ja lisäämällä niihin lopulliset kiertoradat. Joten skandiumilla on sama kokoonpano kuin argonilla, paitsi elektronien ollessa kahdessa ylimääräisessä orbitaalissa. Lyhyt muoto on siis:

[Ar] 4s² 3d¹

Koska argonin kokoonpano on:

[Ar] = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Voit käyttää tätä minkä tahansa elementin kanssa paitsi vety ja helium.

Orbitaalikaaviot ovat kuin juuri käyttöönotettu kokoonpanomerkintä paitsi elektronien pyörii. Käytä Paulin poissulkemisperiaatetta ja Hundin sääntöä selvittääksesi, kuinka kuoret täytetään. Poissulkemisperiaatteen mukaan kaksi elektronia ei voi jakaa samoja neljää kvanttilukua, mikä johtaa periaatteessa tilapareihin, jotka sisältävät elektroneja, joilla on vastakkaiset pyörivät. Hundin säännön mukaan vakain kokoonpano on suurin mahdollinen määrä rinnakkaiskierroksia. Tämä tarkoittaa, että kirjoittaessasi kiertoradakaavioita osittain täydellisille kuoreille, täytä kaikki ylös spin-elektronit ennen kuin lisäät alas spin-elektroneja.

Tämä esimerkki osoittaa kiertoradakaavioiden toimivuuden käyttämällä argonia esimerkkinä:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Elektroneja edustavat nuolet, jotka osoittavat myös niiden pyörimisen, ja vasemmalla oleva merkintätapa on tavallinen elektronikonfiguraation merkintä. Huomaa, että korkeamman energian kiertoradat ovat kaavion yläosassa. Osittain täyteen kuoreen Hundin sääntö edellyttää, että ne täytetään tällä tavalla (käyttäen typpeä esimerkkinä).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Pistekaaviot ovat hyvin erilaisia ​​kuin kiertoradat, mutta ne on silti erittäin helppo ymmärtää. Ne koostuvat keskellä olevan elementin symbolista, jota ympäröivät pisteet, jotka osoittavat valenssielektronien lukumäärän. Esimerkiksi hiilellä on neljä valenssielektronia ja symboli C, joten se esitetään seuraavasti:

∙

∙ C ∙

∙

Hapessa (O) on kuusi, joten se esitetään seuraavasti:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Kun elektroneja jaetaan kahden atomin välillä (kovalenttisessa sidoksessa), atomit jakavat kaaviossa olevan pisteen samalla tavalla. Tämä tekee lähestymistavasta erittäin hyödyllisen ymmärtämään kemiallista sitoutumista.