Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Elektronkonfigurationer
- Kortfattad notation för konfiguration
- Orbital diagram
- Prickdiagram
Elektroniska bandiagram och skriftliga konfigurationer berättar vilka orbitaler som är fyllda och vilka som delvis är fyllda för någon atom. Antalet valenselektroner påverkar deras kemiska egenskaper, och de specifika ordningen och egenskaperna för orbitalerna är viktiga i fysiken, så många studenter måste ta sig an de grunderna. Den goda nyheten är att bandiagram, elektronkonfigurationer (både i korthet och i full form) och prickdiagram för elektroner är riktigt lätt att förstå när du har tagit några grunder.
TL; DR (för lång; läste inte)
Elektronkonfigurationer har formatet: 1s2 2s2 2p6 . Det första siffran är det huvudsakliga kvantumret (n) och bokstaven representerar värdet på l (vinkelmomentkvanttalet; 1 = s, 2 = p, 3 = d och 4 = f) för kretsloppet, och superskriptnumret berättar du hur många elektroner som finns i banan. Orbitaldiagram använder samma grundformat, men istället för siffror för elektronerna använder de ↑ och ↓ pilar, samt ger varje orbital sin egen linje för att representera elektronernas snurr också.
Elektronkonfigurationer
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. Det första siffran säger "energinivån" eller det viktigaste kvantumret (n). Den andra bokstaven berättar värdet på (l), vinkelmomentkvanttalet. För l = 1 är bokstaven s, för l = 2 är den p, för l = 3 är den d, för l = 4 är den f och för högre siffror ökar den alfabetiskt från denna punkt.Kom ihåg att s orbitaler innehåller högst två elektroner, p orbitaler högst sex, d maximalt 10 och f högst 14.
Aufbau-principen säger att orbitalerna med låg energi fylls 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 endast har s orbitaler, n = 2-nivån har bara s och p orbitaler, och n = 3-nivån har bara s, p och d orbital.
Dessa regler är lätta att arbeta med, så beteckningen för konfiguration av skandium är:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Som visar att hela nivåerna n = 1 och n = 2 är fulla, nivån n = 4 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 bara räkna elektronerna och hitta elementet med ett matchande atomnummer.
Kortfattad notation för konfiguration
Att skriva ut varje orbital för tyngre element är tråkigt, så fysiker använder ofta en kortfattad notation. Detta fungerar genom att använda de ädla gaserna (längst till höger i kolumnen) som utgångspunkt och lägga till de sista orbitalerna på dem. Så skandium har samma konfiguration som argon, förutom med elektroner i två extra orbitaler. Den korta formen är därför:
4s2 3d1
Eftersom argonkonfigurationen är:
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Du kan använda detta med alla element förutom väte och helium.
Orbital diagram
Orbitaldiagram är som den konfigurationsnotation som just har införts, utom med de indikerade snurrarna av elektroner. Använd Pauli-uteslutningsprincipen och Hunds regel för att ta reda på hur man ska fylla skal. Uteslutningsprincipen säger att inga två elektroner kan dela samma fyra kvantantal, vilket i princip resulterar i par av tillstånd som innehåller elektroner med motsatta snurr. Hunds regel säger att den mest stabila konfigurationen är den med högsta möjliga antal parallella snurr. Detta innebär att när du skriver bandiagram för delvis fulla skal, fyll i alla upp-snurra elektroner innan du lägger till några ned-snurra elektroner.
Det här exemplet visar hur bandiagram fungerar med argon som exempel:
3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
3s ↑ ↓
2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
2s ↑ ↓
1s ↑ ↓
Elektronerna representeras av pilarna, som också indikerar deras snurr, och noteringen till vänster är standard elektronkonfigurationsnotation. Observera att orbitalerna med högre energi är längst upp i diagrammet. För ett delvis fullt skal kräver Hunds regel att de fylls på detta sätt (med användning av kväve som exempel).
2p ↑ ↑ ↑
2s ↑ ↓
1s ↑ ↓
Prickdiagram
Prickdiagram skiljer sig mycket från banor, men de är fortfarande väldigt enkla 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 metoden mycket användbar för att förstå kemisk bindning.