Kako narediti orbitalne diagrame

Elektronski orbitalni diagrami in pisne konfiguracije vam povedo, katere orbitale so zapolnjene in katere delno napolnjene za kateri koli atom. Število valentnih elektronov vpliva na njihove kemijske lastnosti ter specifično urejenost in lastnosti orbital so pomembne v fiziki, zato se mora veliko študentov spoprijeti z osnove. Dobra novica je, da so orbitalni diagrami, elektronske konfiguracije (tako v okrajšavi kot v polni obliki) in pikčasti diagrami za elektrone resnično enostavni za razumevanje, ko enkrat razumete nekaj osnov.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Elektronske konfiguracije imajo obliko: 1s² 2s² 2p⁶. Prvo število je glavno kvantno število (n), črka pa predstavlja vrednost l (kvantno število kotnega momenta; 1 = s, 2 = p, 3 = d in 4 = f) za orbitalo, nadštevilka pa vam pove, koliko elektronov je v tej orbitali. Orbitalni diagrami uporabljajo enako osnovno obliko, vendar namesto številk za elektrone uporabljajo puščici ↑ in as, poleg tega pa vsaki orbiti dajo svojo črto, da predstavljajo tudi vrtenje elektronov.

Konfiguracije elektronov so izražene z zapisom, ki je videti takole: 1s² 2s² 2p¹. Naučite se treh glavnih delov tega zapisa, da boste razumeli, kako deluje. Prva številka vam pove "raven energije" ali glavno kvantno število (n). Druga črka pove vrednost (l), kvantno število kotnega momenta. Pri l = 1 je črka s, pri l = 2 je p, pri l = 3 je d, pri l = 4 je f, pri večjih številkah pa se od te točke poveča po abecedi. Ne pozabite, da s orbitale vsebujejo največ dva elektrona, p orbitale največ šest, d največ 10 in f največ 14.

Načelo Aufbau vam pove, da se najprej zapolnijo orbitale z najnižjo energijo, vendar določen vrstni red ni zaporeden na način, ki ga je enostavno zapomniti. Za diagram, ki prikazuje vrstni red polnjenja, glejte Viri. Upoštevajte, da ima raven n = 1 samo s orbitale, n = 2 ima samo s in p orbitale, n = 3 pa samo s, p in d.

S temi pravili je enostavno delati, zato je zapis za konfiguracijo skandija:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

Kar kaže, da sta celotni ravni n = 1 in n = 2 polni, stopnja n = 4 se je začela, toda 3d lupina vsebuje le en elektron, medtem ko ima največjo zasedenost 10. Ta elektron je valentni elektron.

Določite element iz zapisa tako, da preprosto preštejete elektrone in poiščete element z ustreznim atomskim številom.

Zapisovanje posameznih orbital za težje elemente je dolgočasno, zato fiziki pogosto uporabljajo okrajšave. To deluje tako, da kot izhodišče uporabimo žlahtne pline (v skrajnem desnem stolpcu periodnega sistema) in jim dodamo končne orbitale. Torej ima skandij enako konfiguracijo kot argon, razen z elektroni v dveh dodatnih orbitalah. Okrajšava je torej:

[Ar] 4 s² 3d¹

Ker je konfiguracija argona:

[Ar] = 1 s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

To lahko uporabite s katerimi koli elementi, razen z vodikom in helijem.

Orbitalni diagrami so podobni pravkar predstavljenemu zapisu konfiguracije, razen pri navedenih vrtljajih elektronov. Uporabite Paulijevo načelo izključitve in Hundovo pravilo, da ugotovite, kako napolniti školjke. Načelo izključitve navaja, da ne moreta dva elektrona deliti enakih štirih kvantnih števil, kar v bistvu povzroči pare stanj, ki vsebujejo elektrone z nasprotnimi spini. Hundovo pravilo pravi, da je najbolj stabilna konfiguracija tista z največjim možnim številom vzporednih vrtljajev. To pomeni, da pri pisanju orbitalnih diagramov za delno polne lupine napolnite vse elektrone navzgor, preden dodate poljubne elektrone.

Ta primer prikazuje delovanje orbitalnih diagramov z uporabo argona kot primera:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3 s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Elektroni so predstavljeni s puščicami, ki označujejo tudi njihove vrtljaje, zapis na levi pa je standardni zapis konfiguracije elektronov. Upoštevajte, da so višjeenergijske orbitale na vrhu diagrama. Za delno polno lupino Hundovo pravilo zahteva, da se napolnijo na ta način (za primer z dušikom).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Točkasti diagrami se zelo razlikujejo od orbitalnih diagramov, vendar jih je vseeno zelo enostavno razumeti. Sestavljeni so iz simbola elementa v središču, obdanega s pikami, ki označujejo število valentnih elektronov. Na primer, ogljik ima štiri valenčne elektrone in simbol C, zato je predstavljen kot:

∙

∙ C ∙

∙

In kisik (O) jih ima šest, zato je predstavljen kot:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Ko si elektrone delimo med dvema atomoma (v kovalentni vezi), si atomi na enak način delijo piko na diagramu. Zaradi tega je pristop zelo koristen za razumevanje kemijske vezi.