Cum se fac diagrame orbitale

Diagramele orbitale electronice și configurațiile scrise vă spun care orbital sunt umplute și care sunt parțial umplute pentru orice atom. Numărul de electroni de valență are impact asupra proprietăților lor chimice, precum și ordinea specifică și proprietățile orbitalelor sunt importante în fizică, așa că mulți studenți trebuie să se descurce cu elementele de bază. Vestea bună este că diagramele orbitale, configurațiile electronice (atât pe scurt, cât și forma completă) și diagramele punctelor pentru electroni sunt foarte ușor de înțeles odată ce ați înțeles câteva elemente de bază.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Configurațiile electronice au formatul: 1s² 2s² 2p⁶. Primul număr este numărul cuantic principal (n), iar litera reprezintă valoarea lui (numărul cuantic al momentului unghiular; 1 = s, 2 = p, 3 = d și 4 = f) pentru orbital, iar numărul supercript vă arată câți electroni sunt în orbitalul respectiv. Diagramele orbitale folosesc același format de bază, dar în loc de numere pentru electroni, folosesc săgețile ↑ și ↓, precum și pentru fiecare orbital linia sa, pentru a reprezenta și rotirile electronilor.

Configurațiile electronice sunt exprimate printr-o notație care arată astfel: 1s² 2s² 2p¹. Aflați cele trei părți principale ale acestei notații pentru a înțelege cum funcționează. Primul număr vă spune „nivelul de energie” sau numărul cuantic principal (n). A doua literă vă spune valoarea (l), numărul cuantic al momentului unghiular. Pentru l = 1, litera este s, pentru l = 2 este p, pentru l = 3 este d, pentru l = 4 este f și pentru numerele mai mari crește alfabetic de la acest punct. Amintiți-vă că orbitalele conțin maximum doi electroni, orbitalele p maxim șase, d maxim 10 și f maxim 14.

Principiul Aufbau vă spune că orbitalii cu cea mai mică energie se umplu mai întâi, dar ordinea specifică nu este secvențială într-un mod ușor de memorat. Consultați Resurse pentru o diagramă care arată ordinea de completare. Rețineți că nivelul n = 1 are numai s orbitali, nivelul n = 2 are doar orbitalele s și p, iar nivelul n = 3 are doar orbitalele s, p și d.

Aceste reguli sunt ușor de utilizat, deci notația pentru configurarea scandiumului este:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

Ceea ce arată că întregul nivel n = 1 și n = 2 sunt pline, nivelul n = 4 a fost pornit, dar coaja 3d conține doar un electron, în timp ce are o ocupare maximă de 10. Acest electron este electronul de valență.

Identificați un element din notație prin simpla numărare a electronilor și găsirea elementului cu un număr atomic corespunzător.

Scrierea fiecărui orbital pentru elemente mai grele este plictisitoare, astfel încât fizicienii folosesc adesea o notație stenogramă. Acest lucru funcționează folosind gazele nobile (în coloana din dreapta-dreaptă a tabelului periodic) ca punct de plecare și adăugând pe ele orbitalii finali. Deci, scandiul are aceeași configurație ca și argonul, cu excepția electronilor din doi orbitali suplimentari. Forma de prescurtare este, prin urmare:

[Ar] 4s² 3d¹

Deoarece configurația argonului este:

[Ar] = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Puteți utiliza acest lucru cu orice element în afară de hidrogen și heliu.

Diagramele orbitale sunt ca notația de configurare tocmai introdusă, cu excepția rotirilor electronilor indicate. Folosiți principiul excluderii Pauli și regula lui Hund pentru a afla cum să umpleți cochilii. Principiul excluderii afirmă că nu există doi electroni care pot împărtăși aceleași patru numere cuantice, ceea ce duce practic la perechi de stări care conțin electroni cu rotiri opuse. Regula lui Hund afirmă că cea mai stabilă configurație este cea cu cel mai mare număr posibil de rotiri paralele. Aceasta înseamnă că, atunci când scrieți diagrame orbitale pentru cochilii parțial pline, completați toți electronii cu rotire ascendentă înainte de a adăuga electroni cu rotire descendentă.

Acest exemplu arată cum funcționează diagramele orbitale, folosind argonul ca exemplu:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Electronii sunt reprezentați de săgeți, care indică și rotirile lor, iar notația din stânga este notația standard a configurației electronice. Rețineți că orbitalii cu energie mai mare sunt în partea de sus a diagramei. Pentru o coajă parțial plină, regula lui Hund impune ca acestea să fie umplute în acest fel (folosind azotul ca exemplu).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Diagramele punctiforme sunt foarte diferite de diagramele orbitale, dar sunt totuși foarte ușor de înțeles. Acestea constau din simbolul elementului din centru, înconjurat de puncte care indică numărul de electroni de valență. De exemplu, carbonul are patru electroni de valență și simbolul C, deci este reprezentat ca:

∙

∙ C ∙

∙

Și oxigenul (O) are șase, deci este reprezentat ca:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Când electronii sunt împărțiți între doi atomi (în legătură covalentă), atomii împart punctul din diagramă în același mod. Acest lucru face ca abordarea să fie foarte utilă pentru înțelegerea legăturii chimice.