Hur man gör orbitaldiagram

Elektronorbitaldiagram och skriftliga konfigurationer berättar vilka orbitaler som fylls och vilka som är delvis fyllda för en atom. Antalet valenselektroner påverkar deras kemiska egenskaper och den specifika ordningen och Orbitalernas egenskaper är viktiga i fysik, så många studenter måste ta itu med grunderna. Den goda nyheten är att orbitaldiagram, elektronkonfigurationer (både i stenografi och i fullformat) och punktdiagram för elektroner är riktigt lätta att förstå när du förstår några grunder.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Elektronkonfigurationer har formatet: 1s² 2s² 2p⁶. Den första siffran är huvudkvantantalet (n) och bokstaven representerar värdet på l (vinkelmomentkvantantal; 1 = s, 2 = p, 3 = d och 4 = f) för omloppet, och talet om överskrift berättar hur många elektroner som finns i det orbitalet. Orbitaldiagram använder samma grundformat, men i stället för siffror för elektronerna använder de pilarna ↑ och,, såväl som att ge varje omlopp en egen linje, för att representera elektronernas snurr också.

Elektronkonfigurationer uttrycks genom en notation som ser ut så här: 1s² 2s² 2p¹. Lär dig de tre huvuddelarna i denna notation för att förstå hur den fungerar. Den första siffran talar om för dig "energinivån" eller huvudkvantantalet (n). Den andra bokstaven visar värdet på (l), det vinkelmomentkvantala antalet. För l = 1 är bokstaven s, för l = 2 är det p, för l = 3 är det d, för l = 4 är det f och för högre siffror ökar det alfabetiskt från denna punkt. Kom ihåg att s orbitaler innehåller maximalt två elektroner, p orbitaler högst sex, d högst 10 och f högst 14.

Aufbau-principen berättar att orbitalerna med lägst energi fyller först, men den specifika ordningen är inte sekventiell på ett sätt som är lätt att memorera. Se resurser för ett diagram som visar fyllningsordningen. Observera att n = 1-nivån bara har s-orbitaler, n = 2-nivån bara har s- och p-orbitaler, och n = 3-nivån bara har s, p och d-orbitaler.

Dessa regler är enkla att arbeta med, så notationen för konfigurationen av scandium är:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

Vilket visar att hela n = 1 och n = 2 nivåer är fulla, n = 4-nivån har startats, men 3d-skalet innehåller bara en elektron, medan den har en maximal beläggning på 10. Denna elektron är valenselektronen.

Identifiera ett element från notationen genom att helt enkelt räkna elektronerna och hitta elementet med ett matchande atomnummer.

Att skriva ut varje enskild bana för tyngre element är tråkig, så fysiker använder ofta en stenografisk notation. Detta fungerar genom att använda ädelgaserna (längst till höger i det periodiska systemet) som utgångspunkt och lägga till de slutliga orbitalerna på dem. Så skandium har samma konfiguration som argon, förutom med elektroner i två extra orbitaler. Kortformen är därför:

[Ar] 4s² 3d¹

Eftersom konfigurationen av argon är:

[Ar] = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Du kan använda detta med alla element förutom väte och helium.

Orbitaldiagram är som den konfigurationsnotation som just introducerats, förutom med de angivna elektronernas snurr. Använd uteslutningsprincipen Pauli och Hunds regel för att ta reda på hur man fyller skal. Uteslutningsprincipen anger att inga två elektroner kan dela samma fyra kvantnummer, vilket i grunden resulterar i par av tillstånd som innehåller elektroner med motsatta snurr. Hunds regel säger att den mest stabila konfigurationen är den med högst möjliga antal parallella snurr. Detta betyder att när du skriver omloppsdiagram för delvis fulla skal, fyll i alla upp-spinn-elektroner innan du lägger till några ned-spinn-elektroner.

Det här exemplet visar hur omloppsdiagram fungerar, med argon som ett exempel:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Elektronerna representeras av pilarna, som också indikerar deras snurr, och notationen till vänster är standardnotering för elektronkonfiguration. Observera att orbitalerna med högre energi är högst upp i diagrammet. För ett delvis fullt skal kräver Hunds regel att de fylls på detta sätt (med hjälp av kväve som ett exempel).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Punktdiagram skiljer sig mycket från omloppsdiagram, men de är fortfarande mycket lätta att förstå. De består av symbolen för elementet i mitten, omgiven av prickar som anger antalet valenselektroner. Till exempel har kol fyra valenselektroner och symbolen C, så det representeras som:

∙

∙ C ∙

∙

Och syre (O) har sex, så det representeras som:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

När elektroner delas mellan två atomer (i kovalent bindning) delar atomerna punkten i diagrammet på samma sätt. Detta gör tillvägagångssättet mycket användbart för att förstå kemisk bindning.