Sådan udføres orbitaldiagrammer

Elektroniske orbitale diagrammer og skriftlige konfigurationer fortæller dig, hvilke orbitaler der er udfyldt og hvilke der delvist er udfyldt til ethvert atom. Antallet af valenselektroner påvirker deres kemiske egenskaber, og orbitalernes specifikke orden og egenskaber er vigtige i fysikken, så mange studerende er nødt til at få fat på det grundlæggende. Den gode nyhed er, at orbitale diagrammer, elektronkonfigurationer (både i korthed og i fuld form) og prikkediagrammer for elektroner er virkelig let at forstå, når du har forstået et par grundlæggende.

TL; DR (for lang; Læste ikke)

Elektronkonfigurationer har formatet: 1s ^{2 2s 2 2p 6. Det første tal er det vigtigste kvantetal (n), og bogstavet repræsenterer værdien af l (vinkelmomentkvanttal; 1 \u003d s, 2 \u003d p, 3 \u003d d og 4 \u003d f) for orbitalen, og superskriptnummeret fortæller dig hvor mange elektroner der er i den orbital. Orbitale diagrammer bruger det samme grundlæggende format, men i stedet for tal for elektronerne, bruger de ↑ og ↓ pile, såvel som at give hver orbital sin egen linje til at repræsentere elektronernes spins.
Elektronkonfigurationer}

Elektronkonfigurationer udtrykkes gennem en notation, der ser sådan ud: 1s ^{2 2s 2 2p 1. Lær de tre hoveddele af denne notation for at forstå, hvordan den fungerer. Det første tal fortæller dig "energiniveauet" eller det vigtigste kvantetal (n). Det andet bogstav fortæller dig værdien af (l), vinkelmomentkvanttalet. For l \u003d 1 er bogstavet s, for l \u003d 2 er det p, for l \u003d 3 er det d, for l \u003d 4 er det f, og for højere tal stiger det alfabetisk fra dette punkt. Husk, at orbitaler maksimalt indeholder to elektroner, p orbitaler højst seks, da maksimum 10 og fa maksimum 14.}

Aufbau-princippet fortæller dig, at orbitaler med lavest energi udfyldes først, men specifik rækkefølge er ikke sekventiel på en måde, der er let at huske. Se Ressourcer for et diagram, der viser udfyldningsrækkefølgen. Bemærk, at n \u003d 1-niveauet kun har s-orbitaler, n \u003d 2-niveauet kun har s og p-orbitaler, og n \u003d 3-niveauet kun har s, p og d-orbitaler.

Disse regler er lette at anvende arbejde med, så notationen til konfiguration af scandium er:

1s ^{2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1}

Hvilket viser, at hele n \u003d 1 og n \u003d 2 niveauerne er fulde, n \u003d 4 niveauet er startet, men 3d shell indeholder kun en elektron, mens den har en maksimal belægning af 10. Dette elektron er valenselektronet.

Identificer et element fra notationen ved blot at tælle elektronerne og finde elementet med et matchende atomnummer.
Shorthand Notation for Configuration -

At udskrive hver enkelt orbital for tyngre elementer er trættende, så fysikere bruger ofte en stenografi-notation. Dette fungerer ved at bruge de ædelgasser (i den yderste højre kolonne i den periodiske tabel) som et udgangspunkt og tilføje de endelige orbitaler på dem. Så skandium har den samme konfiguration som argon, undtagen med elektroner i to ekstra orbitaler. Kortformen er derfor:

[Ar] 4s ^{2 3d 1}

Fordi konfigurationen af argon er:

[Ar] \u003d 1s < sup> 2 2s ^{2 2p 6 3s 2 3p 6}

Du kan bruge dette med alle elementer bortset fra brint og helium.
Orbital Diagrams

Orbitale diagrammer er som konfigurationsnotationen netop introduceret, undtagen med de angivne spins af elektroner. Brug Pauli-ekskluderingsprincippet og Hunds regel til at finde ud af, hvordan man udfylder skaller. Udelukkelsesprincippet siger, at ingen to elektroner kan dele de samme fire kvanttal, hvilket grundlæggende resulterer i par tilstande, der indeholder elektroner med modsatte spins. Hunds regel siger, at den mest stabile konfiguration er den, der har det højest mulige antal parallelle spins. Dette betyder, at når du skriver orbitaldiagrammer for delvist fulde skaller, skal du udfylde alle up-spin-elektronerne, før du tilføjer eventuelle down-spin-elektroner.

Dette eksempel viser, hvordan orbitale diagrammer fungerer, ved hjælp af argon som et eksempel:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ^{↑ ↓}

1s ↑ ↓

Elektronerne er repræsenteret af pilene, som også angiver deres spins, og notationen til venstre er standard elektronkonfigurationsnotation. Bemærk, at orbitaler med højere energi er øverst i diagrammet. For en delvis fuld skal kræver Hunds regel, at de udfyldes på denne måde (ved hjælp af nitrogen som eksempel).

2p ↑ ↑ ↑

2s ^{↑ ↓}

1s ↑ ↓
Punktdiagrammer

Punktdiagrammer er meget forskellige fra kredsløbsdiagrammer, men de er stadig meget lette at forstå. De består af symbolet for elementet i midten, omgivet af prikker, der angiver antallet af valenselektroner. For eksempel har carbon fire valenselektroner og symbolet C, så det er repræsenteret som:

∙

∙ C ∙

∙

Og ilt (O) har seks, så det er repræsenteret som:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

Når elektroner deles mellem to atomer (ved kovalent binding) deler atomerne prikken i diagrammet på samme måde. Dette gør fremgangsmåden meget nyttig til at forstå kemisk binding.