Како се раде орбитални дијаграми

Електронски орбитални дијаграми и писане конфигурације вам говоре које су орбитале попуњене, а које делимично испуњене за било који атом. Број валентних електрона утиче на њихова хемијска својства, а специфично уређење и својства орбитала су важна у физици, па многи студенти морају да се ухвате у коштац са основе. Добра вест је да су орбитални дијаграми, електронске конфигурације (и у скраћеници и у пуној форми) и тачкасти дијаграми за електроне заиста лако разумљиви након што схватите неколико основа.

ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)

Конфигурације електрона имају формат: 1с² 2с² 2п⁶. Први број је главни квантни број (н), а слово представља вредност л (квантни број угаоног момента; 1 = с, 2 = п, 3 = д и 4 = ф) за орбиталу, а надређени број вам говори колико је електрона у тој орбитали. Орбитални дијаграми користе исти основни формат, али уместо бројева за електроне, они користе стрелице ↑ и ↓, као и дајући свакој орбитали своју линију, да представљају и спинове електрона.

Конфигурације електрона изражене су ознаком која изгледа овако: 1с² 2с² 2п¹. Научите три главна дела ове нотације да бисте разумели како то функционише. Први број вам говори о „нивоу енергије“ или главном квантном броју (н). Друго слово говори вам вредност (л), квантног броја угаоног момента. За л = 1, слово је с, за л = 2 је п, за л = 3 је д, за л = 4 је ф, а за веће бројеве се од ове тачке повећава абецедно. Запамтите да с орбитале садрже највише два електрона, п орбитале највише шест, д максимално 10 и ф највише 14.

Ауфбауов принцип вам говори да се орбитале са најнижом енергијом прво попуне, али одређени редослед није секвенцијалан на начин који је лако запамтити. Погледајте Ресурсе за дијаграм који приказује редослед пуњења. Имајте на уму да н = 1 ниво има само с орбитале, н = 2 ниво има само с и п орбитале, а н = 3 ниво има само с, п и д орбитале.

Са овим правилима је лако радити, па је запис за конфигурацију скандијума:

1с² 2с² 2п⁶ 3с² 3п⁶ 4с² 3д¹

Што показује да су цели н = 1 и н = 2 нивоа пуни, покренут је ниво н = 4, али 3д љуска садржи само један електрон, док има максималну заузетост од 10. Овај електрон је валентни електрон.

Идентификујте елемент из нотације једноставним бројањем електрона и проналажењем елемента са одговарајућим атомским бројем.

Писање сваке појединачне орбите за теже елементе је заморно, па физичари често користе стенографски запис. Ово функционише тако што се племенити гасови (у крајњем десном ступцу периодног система) користе као полазна тачка и на њих се додају коначне орбитале. Дакле, скандијум има исту конфигурацију као и аргон, осим електрона у две додатне орбитале. Стенографски образац је стога:

[Ар] 4с² 3д¹

Јер је конфигурација аргона:

[Ар] = 1с² 2с² 2п⁶ 3с² 3п⁶

Ово можете да користите са било којим елементима осим водоника и хелијума.

Орбитални дијаграми су попут управо представљеног записа конфигурације, осим са назначеним спиновима електрона. Користите Паули-јев принцип искључења и Хундово правило да бисте разрадили како да напуните шкољке. Принцип искључења каже да не могу два електрона да деле иста четири квантна броја, што у основи резултира паровима стања која садрже електроне са супротним спиновима. Хундово правило каже да је најстабилнија конфигурација она са највећим могућим бројем паралелних окретања. То значи да када пишете орбиталне дијаграме за делимично пуне љуске, попуните све горе окретене електроне пре додавања било којих надоле окренутих електрона.

Овај пример показује како функционишу орбитални дијаграми, користећи аргон као пример:

3п ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3с ↑ ↓

2п ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2с ↑ ↓

1с ↑ ↓

Електрони су представљени стрелицама, које такође указују на њихове спинове, а нотација лево је стандардна нотација конфигурације електрона. Имајте на уму да су орбитале више енергије на врху дијаграма. За делимично пуну љуску, Хундово правило захтева да се напуне на овај начин (користећи азот као пример).

2п ↑ ↑ ↑

2с ↑ ↓

1с ↑ ↓

Тачкасти дијаграми се веома разликују од орбиталних дијаграма, али их је и даље врло лако разумети. Састоје се од симбола елемента у центру, окруженог тачкама које означавају број валентних електрона. На пример, угљеник има четири валентна електрона и симбол Ц, па је представљен као:

∙

∙ Ц ∙

∙

А кисеоник (О) има шест, па је представљен као:

∙

О ∙

∙∙

Када се електрони деле између два атома (у ковалентној вези), атоми на исти начин деле тачку на дијаграму. Ово чини приступ веома корисним за разумевање хемијске везе.