Elektrónové orbitálne diagramy a písomné konfigurácie vám povedia, ktoré orbitaly sú vyplnené a ktoré sú čiastočne vyplnené pre akýkoľvek atóm. Počet vplyvov valenčných elektrónov na ich chemické vlastnosti a konkrétne usporiadanie a vlastnosti orbitálov sú vo fyzike dôležité, takže veľa študentov sa musí vyrovnať s základy. Dobrou správou je, že orbitálne diagramy, elektrónové konfigurácie (v stenografickej aj úplnej podobe) a bodové diagramy pre elektróny sú ľahko pochopiteľné, keď získate niekoľko základných informácií.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Konfigurácie elektrónov majú formát: 1 s2 2 s2 2 s6. Prvé číslo je hlavné kvantové číslo (n) a písmeno predstavuje hodnotu l (kvantové číslo momentu hybnosti; 1 = s, 2 = p, 3 = d a 4 = f) pre obežnú dráhu a horné číslo vám hovorí, koľko elektrónov je na tejto obežnej dráhe. Orbitálne diagramy používajú rovnaký základný formát, ale namiesto čísel pre elektróny používajú šípky ↑ a ↓ a tiež dávajú každému orbitálu svoju vlastnú čiaru, aby tiež reprezentovali rotácie elektrónov.
Konfigurácie elektrónov
Konfigurácie elektrónov sú vyjadrené zápisom, ktorý vyzerá takto: 1 s2 2 s2 2 s1. Naučte sa tri hlavné časti tejto notácie, aby ste pochopili, ako to funguje. Prvé číslo vám hovorí „energetická úroveň“ alebo hlavné kvantové číslo (n). Druhé písmeno vám hovorí hodnotu (l), kvantové číslo momentu hybnosti. Pre l = 1 je písmeno s, pre l = 2 je to p, pre l = 3 je to d, pre l = 4 je to f a pre vyššie čísla sa od tohto bodu zvyšuje abecedne. Pamätajte, že s orbitaly obsahujú maximálne dva elektróny, p orbitaly najviac šesť, d maximálne 10 af maximálne 14.
Princíp Aufbau vám hovorí, že orbitály s najnižšou energiou sa naplnia ako prvé, ale konkrétne poradie nie je postupné spôsobom, ktorý si ľahko zapamätáte. V časti Zdroje nájdete diagram znázorňujúci objednávku plnenia. Upozorňujeme, že úroveň n = 1 má iba s orbitaly, úroveň n = 2 má iba s a p orbitaly a úroveň n = 3 má iba s, p a d orbitaly.
S týmito pravidlami sa dá ľahko pracovať, preto je konfigurácia škandia známa:
1 s2 2 s2 2 s6 3 s2 3s6 4 s2 3d1
Čo ukazuje, že celá úroveň n = 1 a n = 2 je plná, úroveň n = 4 bola spustená, ale škrupina 3d obsahuje iba jeden elektrón, pričom maximálna kapacita je 10. Tento elektrón je valenčný elektrón.
Identifikujte prvok podľa notácie jednoduchým spočítaním elektrónov a nájdením prvku so zodpovedajúcim atómovým číslom.
Zkratková notácia pre konfiguráciu
Vypísať každý jeden orbitál pre ťažšie prvky je zdĺhavé, takže fyzici často používajú skratkovú notáciu. Funguje to tak, že sa ako východiskový bod použijú vzácne plyny (v pravom stĺpci úplne) a na ne sa pridajú posledné orbitaly. Škandium má teda rovnakú konfiguráciu ako argón, s výnimkou elektrónov na dvoch ďalších orbitáloch. Krátkodobá forma je teda:
[Ar] 4s2 3d1
Pretože konfigurácia argónu je:
[Ar] = 1 s2 2 s2 2 s6 3 s2 3s6
Môžete ho použiť s akýmikoľvek prvkami okrem vodíka a hélia.
Orbitálne diagramy
Orbitálne diagramy sú ako konfiguračný zápis, ktorý bol práve zavedený, s výnimkou indikovaných rotácií elektrónov. Pomocou princípu vylúčenia Pauliho a Hundovho pravidla zistite, ako plniť škrupiny. Princíp vylúčenia uvádza, že žiadne dva elektróny nemôžu zdieľať rovnaké štyri kvantové čísla, čo v podstate vedie k dvojici stavov obsahujúcich elektróny s opačnými otáčkami. Hundovo pravidlo hovorí, že najstabilnejšia je konfigurácia s najvyšším možným počtom paralelných otočení. To znamená, že pri písaní orbitálnych diagramov pre čiastočne plné mušle vyplňte všetky elektróny so zvýšeným spinom pred pridaním akýchkoľvek elektrónov so zníženým spinom.
Tento príklad ukazuje, ako fungujú orbitálne diagramy, pričom ako príklad slúži argón:
3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
3 s ↑ ↓
2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
2 s ↑ ↓
1 s ↑ ↓
Elektróny sú reprezentované šípkami, ktoré tiež naznačujú ich rotácie, a zápis vľavo je štandardný zápis konfigurácie elektrónov. Všimnite si, že orbitály s vyššou energiou sú v hornej časti diagramu. Pokiaľ ide o čiastočne plnú škrupinu, Hundovo pravidlo vyžaduje, aby boli plnené týmto spôsobom (ako príklad je použitý dusík).
2p ↑ ↑ ↑
2 s ↑ ↓
1 s ↑ ↓
Bodkové diagramy
Bodové diagramy sa veľmi líšia od orbitálnych diagramov, je však stále veľmi ľahké ich pochopiť. Pozostávajú zo symbolu prvku v strede a sú obklopené bodkami označujúcimi počet valenčných elektrónov. Napríklad uhlík má štyri valenčné elektróny a symbol C, takže je reprezentovaný ako:
∙
∙ C ∙
∙
A kyslík (O) má šesť, takže je reprezentovaný ako:
∙
∙∙ O ∙
∙∙
Keď sú elektróny rozdelené medzi dva atómy (v kovalentnej väzbe), atómy zdieľajú bodku na diagrame rovnakým spôsobom. Vďaka tomu je prístup veľmi užitočný na pochopenie chemickej väzby.