Yörünge Diyagramları Nasıl Yapılır?

Elektron yörünge diyagramları ve yazılı konfigürasyonlar, herhangi bir atom için hangi yörüngelerin dolu ve hangilerinin kısmen dolu olduğunu size söyler. Değerlik elektronlarının sayısı, kimyasal özellikleri ve özel sıralama ve orbitallerin özellikleri fizikte önemlidir, bu yüzden birçok öğrencinin temel bilgiler. İyi haber şu ki, yörünge diyagramları, elektron konfigürasyonları (hem stenografi hem de tam formda) ve elektronlar için nokta diyagramları, birkaç temel bilgiyi kavradıktan sonra gerçekten çok kolay anlaşılır.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)

Elektron konfigürasyonları şu formata sahiptir: 1s² 2s² 2p⁶. İlk sayı ana kuantum sayısıdır (n) ve harf l değerini (açısal momentum kuantum sayısı; 1 = s, 2 = p, 3 = d ve 4 = f) yörünge için ve üst simge numarası size o yörüngede kaç elektron olduğunu söyler. Yörünge diyagramları aynı temel formatı kullanır, ancak elektronlar için sayılar yerine ↑ ve ↓ oklarını kullanırlar ve ayrıca elektronların dönüşlerini de temsil etmek için her yörüngeye kendi çizgisini verirler.

Elektron konfigürasyonları şuna benzeyen bir gösterimle ifade edilir: 1s² 2s² 2p¹. Nasıl çalıştığını anlamak için bu gösterimin üç ana bölümünü öğrenin. İlk sayı size “enerji seviyesini” veya temel kuantum sayısını (n) söyler. İkinci harf size açısal momentum kuantum sayısı olan (l) değerini söyler. l = 1 için harf s, l = 2 için p, l = 3 için d, l = 4 için f ve bu noktadan itibaren alfabetik olarak artar. s orbitallerinin maksimum iki elektron, p orbitallerinin maksimum altı, d maksimum 10 ve f maksimum 14 elektron içerdiğini unutmayın.

Aufbau ilkesi size en düşük enerjili orbitallerin önce dolduğunu söyler, ancak belirli sıra ezberlenmesi kolay bir şekilde ardışık değildir. Doldurma sırasını gösteren bir diyagram için Kaynaklara bakın. n = 1 seviyesinde sadece s orbitalleri, n = 2 seviyesinde sadece s ve p orbitalleri ve n = 3 seviyesinde sadece s, p ve d orbitalleri olduğuna dikkat edin.

Bu kurallarla çalışmak kolaydır, bu nedenle skandiyum yapılandırmasının gösterimi:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3 boyutlu¹

Bu, tüm n = 1 ve n = 2 seviyelerinin dolu olduğunu, n = 4 seviyesinin başlatıldığını, ancak 3d kabuğun sadece bir elektron içerdiğini, oysa maksimum 10 doluluk olduğunu gösterir. Bu elektron değerlik elektronudur.

Basitçe elektronları sayarak ve eşleşen bir atom numarasına sahip elementi bularak gösterimden bir element tanımlayın.

Daha ağır elementler için her bir yörüngeyi yazmak sıkıcıdır, bu nedenle fizikçiler genellikle bir steno gösterimi kullanırlar. Bu, soy gazları (periyodik tablonun en sağdaki sütununda) başlangıç ​​noktası olarak kullanarak ve bunlara son orbitalleri ekleyerek çalışır. Dolayısıyla skandiyum, iki ekstra yörüngedeki elektronlar dışında argon ile aynı konfigürasyona sahiptir. Bu nedenle stenografi formu:

[Ar] 4s² 3 boyutlu¹

Çünkü argonun konfigürasyonu:

[Ar] = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Bunu hidrojen ve helyum dışında herhangi bir elementle kullanabilirsiniz.

Yörünge diyagramları, belirtilen elektron spinleri dışında, az önce tanıtılan konfigürasyon notasyonu gibidir. Mermilerin nasıl doldurulacağını bulmak için Pauli dışlama ilkesini ve Hund kuralını kullanın. Dışlama ilkesi, hiçbir iki elektronun aynı dört kuantum sayısını paylaşamayacağını belirtir, bu da temel olarak zıt dönüşlü elektronları içeren durum çiftleriyle sonuçlanır. Hund kuralı, en kararlı konfigürasyonun mümkün olan en yüksek paralel dönüş sayısına sahip konfigürasyon olduğunu belirtir. Bu, kısmen dolu kabuklar için yörünge diyagramları yazarken, herhangi bir aşağı dönüş elektronu eklemeden önce tüm yukarı dönüş elektronlarını doldurun anlamına gelir.

Bu örnek, örnek olarak argon kullanarak yörünge diyagramlarının nasıl çalıştığını gösterir:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Elektronlar, spinlerini de gösteren oklarla temsil edilir ve soldaki gösterim, standart elektron konfigürasyon gösterimidir. Daha yüksek enerjili orbitallerin diyagramın en üstünde olduğuna dikkat edin. Kısmen dolu bir kabuk için, Hund kuralı, bu şekilde doldurulmalarını gerektirir (örnek olarak nitrojen kullanılarak).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Nokta diyagramları yörünge diyagramlarından çok farklıdır, ancak yine de anlaşılması çok kolaydır. Değerlik elektronlarının sayısını gösteren noktalarla çevrili merkezdeki elementin sembolünden oluşurlar. Örneğin, karbonun dört değerlik elektronu ve C sembolü vardır, bu nedenle şu şekilde temsil edilir:

∙

∙ C ∙

∙

Ve oksijenin (O) altısı vardır, bu nedenle şu şekilde temsil edilir:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Elektronlar iki atom arasında paylaşıldığında (kovalent bağda), atomlar diyagramdaki noktayı aynı şekilde paylaşırlar. Bu, yaklaşımı kimyasal bağları anlamak için çok faydalı kılar.