Kako raditi orbitalne dijagrame

Elektronski orbitalni dijagrami i pisane konfiguracije govore vam koje su orbitale ispunjene, a koje djelomično ispunjene za bilo koji atom. Broj valentnih elektrona utječe na njihova kemijska svojstva, a specifični poredak i svojstva orbitala važna su u fizici, pa se mnogi studenti moraju suočiti s osnove. Dobra vijest je da su orbitalni dijagrami, elektronske konfiguracije (i u skraćenici i u punom obliku) i točkasti dijagrami za elektrone doista lako razumljivi nakon što shvatite nekoliko osnova.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Konfiguracije elektrona imaju format: 1s² 2s² 2p⁶. Prvi broj je glavni kvantni broj (n), a slovo predstavlja vrijednost l (kvantni kutni moment; 1 = s, 2 = p, 3 = d i 4 = f) za orbitalu, a nadbroj vam govori koliko je elektrona u toj orbitali. Orbitalni dijagrami koriste isti osnovni format, ali umjesto brojeva za elektrone, oni koriste strelice ↑ i ↓, kao i davanje svake orbite vlastitoj liniji, da predstavljaju i vrtnje elektrona.

Konfiguracije elektrona izražene su oznakom koja izgleda ovako: 1s

Aufbauov princip govori vam da se prvo ispune orbitale s najnižom energijom, ali određeni redoslijed nije sekvencijalan na način koji je lako zapamtiti. Pogledajte Resurse za dijagram koji prikazuje redoslijed punjenja. Imajte na umu da n = 1 razina ima samo s orbitale, n = 2 razina ima samo s i p orbitale, a n = 3 razina ima samo s, p i d orbitale.

S ovim je pravilima lako raditi, pa je zapis za konfiguraciju skandija sljedeći:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

Što pokazuje da su cijele n = 1 i n = 2 razine pune, pokrenut je nivo n = 4, ali 3d ljuska sadrži samo jedan elektron, dok maksimalnu zauzetost ima 10. Ovaj elektron je valentni elektron.

Prepoznajte element iz zapisa jednostavnim brojanjem elektrona i pronalaskom elementa s odgovarajućim atomskim brojem.

Zapisivanje svake pojedine orbite za teže elemente zamorno je, pa fizičari često koriste stenografski zapis. To djeluje tako što se plemeniti plinovi (u krajnjem desnom stupcu periodnog sustava) koriste kao početna točka i na njih se dodaju konačne orbitale. Dakle, skandij ima istu konfiguraciju kao i argon, osim s elektronima u dvije dodatne orbitale. Stenografski je oblik stoga:

[Ar] 4s² 3d¹

Budući da je konfiguracija argona:

[Ar] = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

To možete koristiti s bilo kojim elementima, osim s vodikom i helijem.

Orbitalni dijagrami slični su upravo uvedenom zapisu konfiguracije, osim s naznačenim vrtnjama elektrona. Upotrijebite Pauli princip izuzeća i Hundovo pravilo kako biste razradili kako napuniti ljuske. Načelo isključenja kaže da niti dva elektrona ne mogu dijeliti ista četiri kvantna broja, što u osnovi rezultira parovima stanja koja sadrže elektrone sa suprotnim spinovima. Hundovo pravilo kaže da je najstabilnija konfiguracija ona s najvećim mogućim brojem paralelnih okretaja. To znači da kada pišete orbitalne dijagrame za djelomično pune ljuske, popunite sve elektrone prema gore i prije dodavanja bilo kojih elektrona prema dolje.

Ovaj primjer pokazuje kako rade orbitalni dijagrami, koristeći argon kao primjer:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Elektroni su predstavljeni strelicama, koje također označavaju njihove spinove, a oznaka s lijeve strane je standardni zapis o konfiguraciji elektrona. Imajte na umu da su orbitale više energije na vrhu dijagrama. Za djelomično punu ljusku, Hundovo pravilo zahtijeva da se napune na ovaj način (koristeći dušik kao primjer).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Točkasti dijagrami vrlo se razlikuju od orbitalnih dijagrama, ali ih je i dalje vrlo lako razumjeti. Sastoje se od simbola za element u središtu, okruženog točkama koje označavaju broj valentnih elektrona. Na primjer, ugljik ima četiri valentna elektrona i simbol C, pa je predstavljen kao:

∙

∙ C ∙

∙

A kisik (O) ima šest, pa je predstavljen kao:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Kada se elektroni dijele između dva atoma (u kovalentnoj vezi), atomi dijele točku na dijagramu na isti način. To pristup čini vrlo korisnim za razumijevanje kemijske veze.