Como fazer diagramas orbitais

Diagramas de orbitais de elétrons e configurações escritas informam quais orbitais são preenchidos e quais são parcialmente preenchidos para qualquer átomo. O número de elétrons de valência afeta suas propriedades químicas, e a ordenação e propriedades dos orbitais são importantes na física, por isso muitos alunos têm que se familiarizar com o Fundamentos. A boa notícia é que os diagramas orbitais, configurações de elétrons (tanto na forma abreviada quanto na forma completa) e diagramas de pontos para elétrons são realmente fáceis de entender depois que você entende alguns princípios básicos.

TL; DR (muito longo; Não li)

As configurações de elétrons têm o formato: 1s² 2s² 2p⁶. O primeiro número é o número quântico principal (n) e a letra representa o valor de l (número quântico do momento angular; 1 = s, 2 = p, 3 = d e 4 = f) para o orbital, e o número sobrescrito informa quantos elétrons existem nesse orbital. Os diagramas orbitais usam o mesmo formato básico, mas em vez de números para os elétrons, eles usam as setas ↑ e ↓, além de dar a cada orbital sua própria linha, para representar os spins dos elétrons também.

As configurações de elétrons são expressas por meio de uma notação semelhante a esta: 1s² 2s² 2p¹. Aprenda as três partes principais desta notação para entender como funciona. O primeiro número informa o “nível de energia” ou o número quântico principal (n). A segunda letra informa o valor de (l), o número quântico do momento angular. Para l = 1, a letra é s, para l = 2 é p, para l = 3 é d, para l = 4 é f e para números mais altos ela aumenta em ordem alfabética a partir deste ponto. Lembre-se de que os orbitais s contêm no máximo dois elétrons, os orbitais p no máximo seis, d no máximo 10 e f no máximo 14.

O princípio de Aufbau diz que os orbitais de menor energia são preenchidos primeiro, mas a ordem específica não é sequencial de uma forma que seja fácil de memorizar. Consulte Recursos para obter um diagrama que mostra a ordem de enchimento. Observe que o nível n = 1 possui apenas orbitais s, o nível n = 2 possui apenas orbitais s e p e o nível n = 3 possui apenas orbitais s, p e d.

Essas regras são fáceis de trabalhar, então a notação para a configuração do escândio é:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

O que mostra que todos os níveis n = 1 en = 2 estão cheios, o nível n = 4 foi iniciado, mas a camada 3d contém apenas um elétron, embora tenha uma ocupação máxima de 10. Este elétron é o elétron de valência.

Identifique um elemento da notação simplesmente contando os elétrons e encontrando o elemento com um número atômico correspondente.

Escrever cada orbital para elementos mais pesados ​​é tedioso, então os físicos costumam usar uma notação abreviada. Isso funciona usando os gases nobres (na coluna da extrema direita da tabela periódica) como ponto de partida e adicionando os orbitais finais a eles. Portanto, o escândio tem a mesma configuração do argônio, exceto com elétrons em dois orbitais extras. A forma abreviada é, portanto:

[Ar] 4s² 3d¹

Porque a configuração do argônio é:

[Ar] = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Você pode usar isso com qualquer elemento além de hidrogênio e hélio.

Os diagramas orbitais são como a notação de configuração que acabamos de apresentar, exceto com os spins dos elétrons indicados. Use o princípio de exclusão de Pauli e a regra de Hund para descobrir como preencher os reservatórios. O princípio de exclusão afirma que dois elétrons não podem compartilhar os mesmos quatro números quânticos, o que basicamente resulta em pares de estados contendo elétrons com spins opostos. A regra de Hund afirma que a configuração mais estável é aquela com o maior número possível de giros paralelos. Isso significa que, ao escrever diagramas orbitais para camadas parcialmente completas, preencha todos os elétrons de spin para cima antes de adicionar quaisquer elétrons de spin para baixo.

Este exemplo mostra como os diagramas orbitais funcionam, usando o argônio como exemplo:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Os elétrons são representados pelas setas, que também indicam seus spins, e a notação à esquerda é a notação de configuração eletrônica padrão. Observe que os orbitais de alta energia estão no topo do diagrama. Para uma concha parcialmente cheia, a regra de Hund exige que sejam preenchidos desta forma (usando nitrogênio como exemplo).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Os diagramas de pontos são muito diferentes dos diagramas orbitais, mas ainda são muito fáceis de entender. Eles consistem no símbolo do elemento no centro, circundado por pontos que indicam o número de elétrons de valência. Por exemplo, o carbono tem quatro elétrons de valência e o símbolo C, então é representado como:

∙

∙ C ∙

∙

E o oxigênio (O) tem seis, por isso é representado como:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Quando os elétrons são compartilhados entre dois átomos (na ligação covalente), os átomos compartilham o ponto no diagrama da mesma maneira. Isso torna a abordagem muito útil para a compreensão da ligação química.