Hvordan lage orbitale diagrammer

Elektronbanediagrammer og skriftlige konfigurasjoner forteller deg hvilke orbitaler som er fylt og hvilke som delvis er fylt for ethvert atom. Antallet valenselektroner påvirker deres kjemiske egenskaper, og den spesifikke rekkefølgen og egenskapene til orbitalene er viktige i fysikk, så mange studenter må ta tak i grunnleggende. Den gode nyheten er at banediagrammer, elektronkonfigurasjoner (både i kortform og fullform) og prikkdiagrammer for elektroner er veldig enkle å forstå når du har forstått noen få grunnleggende ting.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Elektronkonfigurasjoner har formatet: 1s² 2s² 2p⁶. Det første tallet er det viktigste kvantetallet (n) og bokstaven representerer verdien av l (vinkelmomentkvantantall; 1 = s, 2 = p, 3 = d og 4 = f) for bane, og overskriftstallet forteller deg hvor mange elektroner som er i den bane. Orbitaldiagrammer bruker samme grunnformat, men i stedet for tall for elektronene bruker de ↑ og ↓ pilene, i tillegg til å gi hver bane sin egen linje, for å representere elektronenes spinn også.

Elektronkonfigurasjoner uttrykkes gjennom en notasjon som ser slik ut: 1s² 2s² 2p¹. Lær de tre hoveddelene av denne notasjonen for å forstå hvordan den fungerer. Det første tallet forteller deg "energinivået", eller det viktigste kvantetallet (n). Den andre bokstaven forteller deg verdien av (l), kvantetallkvantumet. For l = 1 er bokstaven s, for l = 2 er det p, for l = 3 er det d, for l = 4 er det f og for høyere tall øker det alfabetisk fra dette punktet. Husk at s orbitaler inneholder maksimalt to elektroner, p orbitaler maksimalt seks, d maksimalt 10 og f maksimalt 14.

Aufbau-prinsippet forteller deg at orbitalene med lavest energi fylles først, men den spesifikke rekkefølgen er ikke sekvensiell på en måte som er lett å huske. Se Ressurser for et diagram som viser fyllingsrekkefølgen. Merk at n = 1-nivået bare har s orbitaler, n = 2-nivået bare har s og p-orbitaler, og n = 3-nivået bare har s, p og d orbitaler.

Disse reglene er enkle å jobbe med, så notasjonen for konfigurasjonen av scandium er:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

Som viser at hele n = 1 og n = 2 nivåer er fulle, har n = 4-nivået blitt startet, men 3d-skallet inneholder bare ett elektron, mens det har en maksimal belegg på 10. Dette elektronet er valenselektronet.

Identifiser et element fra notasjonen ved å bare telle elektronene og finne elementet med et matchende atomnummer.

Å skrive ut hver eneste bane for tyngre elementer er kjedelig, så fysikere bruker ofte en stenografisk notasjon. Dette fungerer ved å bruke edelgassene (helt i høyre kolonne i det periodiske systemet) som utgangspunkt og legge til de endelige orbitalene på dem. Så scandium har samme konfigurasjon som argon, bortsett fra med elektroner i to ekstra orbitaler. Kortformen er derfor:

[Ar] 4s² 3d¹

Fordi konfigurasjonen av argon er:

[Ar] = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Du kan bruke dette med alle elementer bortsett fra hydrogen og helium.

Orbitale diagrammer er som konfigurasjonsnotasjonen som nettopp ble introdusert, bortsett fra med de elektriske spinnene som er angitt. Bruk utelukkelsesprinsippet Pauli og Hunds regel for å finne ut hvordan du skal fylle skjell. Utelukkelsesprinsippet sier at ingen to elektroner kan dele de samme fire kvantetallene, noe som i utgangspunktet resulterer i par tilstander som inneholder elektroner med motsatte spinn. Hunds regel sier at den mest stabile konfigurasjonen er den med høyest mulig antall parallelle spinn. Dette betyr at når du skriver omløpsdiagrammer for delvis fulle skall, fyll ut alle opp-spinn-elektronene før du legger til noen ned-spinn-elektroner.

Dette eksemplet viser hvordan banediagrammer fungerer, og bruker argon som et eksempel:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Elektronene er representert av pilene, som også indikerer spinnene deres, og notasjonen til venstre er standard elektronkonfigurasjonsnotasjon. Merk at orbitalene med høyere energi er øverst i diagrammet. For et delvis fullt skall krever Hunds regel at de fylles på denne måten (med nitrogen som et eksempel).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Punktdiagrammer er veldig forskjellige fra orbitale diagrammer, men de er fortsatt veldig enkle å forstå. De består av symbolet for elementet i sentrum, omgitt av prikker som indikerer antall valenselektroner. For eksempel har karbon fire valenselektroner og symbolet C, så det er representert som:

∙

∙ C ∙

∙

Og oksygen (O) har seks, så det er representert som:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Når elektroner deles mellom to atomer (i kovalent binding), deler atomene prikken i diagrammet på samme måte. Dette gjør tilnærmingen veldig nyttig for å forstå kjemisk binding.