როგორ გავაკეთოთ ორბიტალური დიაგრამები

ელექტრონული ორბიტალური დიაგრამები და წერილობითი კონფიგურაციები გიჩვენებთ რომელი ორბიტალები ივსება და რომელი ნაწილობრივ ივსება ნებისმიერი ატომისთვის. ვალენტური ელექტრონების რაოდენობა გავლენას ახდენს მათ ქიმიურ თვისებებზე, სპეციფიკურ დალაგებაზე და ორბიტალების თვისებები მნიშვნელოვანია ფიზიკაში, ამიტომ ბევრმა სტუდენტმა უნდა გაითვალისწინოს საფუძვლები. კარგი ამბავია, რომ ორბიტალური დიაგრამები, ელექტრონების კონფიგურაციები (როგორც სტენოგრამით, ასევე სრული ფორმით) და წერტილოვანი დიაგრამები ელექტრონებისთვის ნამდვილად გასაგებია, თუ გაითვალისწინებთ რამდენიმე საფუძველს.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

ელექტრონის კონფიგურაციებს აქვთ ფორმა: 1s² 2-იანები² 2 გვ⁶. პირველი რიცხვი არის მთავარი კვანტური რიცხვი (n) და ასო წარმოადგენს l მნიშვნელობას (კუთხოვანი იმპულსის კვანტური რიცხვი; 1 = s, 2 = p, 3 = d და 4 = ვ) ორბიტალისთვის და ზედწერილი რიცხვი გიჩვენებთ რამდენი ელექტრონია ამ ორბიტალში. ორბიტალური დიაგრამები იყენებენ ერთსა და იმავე ძირითად ფორმატს, მაგრამ ელექტრონებისათვის ციფრების ნაცვლად, ისინი იყენებენ ↑ და ↓ ისრებს, ასევე თითოეულ ორბიტალს აძლევს თავის ხაზს, ასევე წარმოადგენს ელექტრონების დატრიალებას.

ელექტრონის კონფიგურაციები გამოხატულია ნოტაციის საშუალებით, რომელიც ასე გამოიყურება: 1s² 2-იანები² 2 გვ¹. გაეცანით ამ ნოტაციის სამ მთავარ ნაწილს იმის გასაგებად, თუ როგორ მუშაობს იგი. პირველი რიცხვი გიჩვენებთ "ენერგიის დონეს", ან მთავარ კვანტურ რიცხვს (n). მეორე ასო გიჩვენებთ (l) - ის მნიშვნელობას, კუთხოვანი იმპულსის კვანტურ რიცხვს. L = 1-ისთვის ასო არის s, l = 2-ისთვის p, l = 3-ისთვის d, l = 4-ისთვის f და უფრო მაღალი რიცხვებისთვის იგი ანბანის მიხედვით იზრდება ამ წერტილიდან. გახსოვდეთ, რომ s ორბიტალები შეიცავს მაქსიმუმ ორ ელექტრონს, p ორბიტალები მაქსიმუმ ექვსს, d მაქსიმუმ 10 და f მაქსიმუმ 14-ს.

აუფაუს პრინციპი გეუბნებათ, რომ ყველაზე დაბალი ენერგიის ორბიტალები პირველად ივსება, მაგრამ კონკრეტული რიგი არ არის თანმიმდევრული ისე, რომ ადვილად დაიმახსოვროთ. იხილეთ რესურსები დიაგრამისთვის, რომელიც აჩვენებს შევსების წესრიგს. გაითვალისწინეთ, რომ n = 1 დონეს აქვს მხოლოდ s ორბიტალები, n = 2 დონეს აქვს მხოლოდ s და p ორბიტალები, ხოლო n = 3 დონეს აქვს მხოლოდ s, p და d ორბიტალები.

ამ წესებთან მუშაობა მარტივია, ამიტომ სკანდიუმის კონფიგურაციის აღნიშვნაა:

1 ს² 2-იანები² 2 გვ⁶ 3 ს² 3 გვ⁶ 4-იანები² 3D¹

რაც გვიჩვენებს, რომ n = 1 და n = 2 დონე სავსეა, n = 4 დონე დაწყებულია, მაგრამ 3d გარსი შეიცავს მხოლოდ ერთ ელექტრონს, ხოლო მაქსიმალური დატვირთვა 10-ია. ეს ელექტრონი არის ვალენტური ელექტრონი.

ელემენტის იდენტიფიკაცია ნოტაციიდან ელექტრონების უბრალოდ დათვლით და შესატყვისი ატომური რიცხვის მქონე ელემენტის პოვნით.

უფრო მძიმე ელემენტების თითოეული ორბიტალის დაწერა მოსაწყენია, ამიტომ ფიზიკოსები ხშირად იყენებენ სტენოგრამის აღნიშვნას. ეს მოქმედებს საწყის წერტილად კეთილშობილი აირების გამოყენებით (პერიოდული სისტემის უკიდურეს მარჯვენა სვეტში) და მათზე დამატებით ორბიტალების დამატებით. ასე რომ, სკანდიუმს იგივე კონფიგურაცია აქვს, როგორც არგონს, გარდა ელექტრონებისა ორ დამატებით ორბიტალში. სტენოგრამის ფორმაა:

[Ar] 4s² 3D¹

რადგან არგონის კონფიგურაციაა:

[Ar] = 1 წმ² 2-იანები² 2 გვ⁶ 3 ს² 3 გვ⁶

ამის გამოყენება შეგიძლიათ წყალბადის და ჰელიუმის გარდა, ნებისმიერ ელემენტთან ერთად.

ორბიტალური დიაგრამები ჰგავს კონფიგურაციის აღნიშვნას, რომელიც ახლახან შემოვიდა, გარდა მითითებული ელექტრონების დატრიალებისა. გამოიყენეთ პაულის გამორიცხვის პრინციპი და ჰუნდის წესი, რათა შეიმუშაოთ, თუ როგორ უნდა შეავსოთ ჭურვები. გამორიცხვის პრინციპი ამბობს, რომ ორ ელექტრონს არ შეუძლია იგივე ოთხი კვანტური რიცხვის გაზიარება, რაც ძირითადად იწვევს სახელმწიფოების წყვილებს, რომლებიც შეიცავს ელექტრონებს საპირისპირო ტრიალებით. ჰუნდის წესში ნათქვამია, რომ ყველაზე სტაბილური კონფიგურაციაა პარალელური ტრიალების მაქსიმალური რაოდენობის მქონე. ეს ნიშნავს, რომ ნაწილობრივ სრული გარსით ორბიტალური დიაგრამების წერისას შეავსეთ ყველა დატრიალებული ელექტრონი, სანამ დაემატება დატრიალებული ელექტრონები.

ეს მაგალითი გვიჩვენებს ორბიტალური დიაგრამების მუშაობას, მაგალითად, არგონის გამოყენებით:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2 წლები ↓

1 წამი ↓

ელექტრონები წარმოდგენილია ისრებით, რომლებიც ასევე მიუთითებენ მათ დატრიალებებზე, ხოლო მარცხნივ ნოტაცია არის ელექტრონის სტანდარტული კონფიგურაციის აღნიშვნა. გაითვალისწინეთ, რომ მაღალი ენერგიის ორბიტალები დიაგრამის თავში არიან. ნაწილობრივ სრული გარსისთვის, ჰუნდის წესი მოითხოვს, რომ ისინი ამ გზით შეავსონ (მაგალითად აზოტის გამოყენება).

2p ↑ ↑ ↑

2 წლები ↓

1 წამი ↓

წერტილოვანი დიაგრამები ძალიან განსხვავდება ორბიტალური დიაგრამებისგან, მაგრამ მათი გაგება მაინც ძალიან ადვილია. ისინი შედგება ცენტრში არსებული ელემენტის სიმბოლოსგან, გარშემორტყმული წერტილებით, რომლებიც მიუთითებს ვალენტური ელექტრონების რაოდენობაზე. მაგალითად, ნახშირბადს აქვს ოთხი ვალენტური ელექტრონი და სიმბოლო C, ამიტომ იგი წარმოდგენილია შემდეგნაირად:

∙

∙ C

∙

ჟანგბადს (O) აქვს ექვსი, ამიტომ იგი წარმოდგენილია შემდეგნაირად:

∙

ო

∙∙

როდესაც ელექტრონები ნაწილდება ორ ატომს შორის (კოვალენტური კავშირით), ატომები ანალოგიურად იზიარებენ წერტილს დიაგრამაზე. ეს ხდის მიდგომას ძალიან სასარგებლო ქიმიური შეერთების გასაგებად.