วิธีการทำแผนภาพวงโคจร

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• การกำหนดค่าอิเล็กตรอน
• สัญลักษณ์แบบย่อสำหรับการกำหนดค่า
• ไดอะแกรมวงโคจร
• ไดอะแกรมจุด

ไดอะแกรมวงโคจรของอิเล็กตรอนและการกำหนดค่าที่เป็นลายลักษณ์อักษรจะบอกคุณว่าวงโคจรใดบ้างที่เต็มไปด้วยและซึ่งเต็มไปบางส่วนสำหรับอะตอมใด จำนวนอิเล็กตรอนของวาเลนซ์ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติทางเคมีและการเรียงลำดับเฉพาะและคุณสมบัติของวงโคจรมีความสำคัญในวิชาฟิสิกส์ดังนั้นนักเรียนจำนวนมากจึงต้องจับกับพื้นฐาน ข่าวดีก็คือแผนภาพไดอะแกรมการกำหนดค่าอิเล็กตรอน (ทั้งแบบชวเลขและเต็มรูปแบบ) และไดอะแกรมแบบจุดสำหรับอิเล็กตรอนนั้นง่ายต่อการเข้าใจเมื่อคุณเข้าใจพื้นฐานบางอย่างแล้ว

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

การกำหนดค่าอิเล็กตรอนมีรูปแบบ: 1s² 2s² 2p⁶ . ตัวเลขแรกคือจำนวนควอนตัมตัวหลัก (n) และตัวอักษรแทนค่าของ l (โมเมนตัมเชิงมุมจำนวนควอนตัม; 1 = s, 2 = p, 3 = d และ 4 = f) สำหรับวงโคจรและหมายเลขตัวบอกบอก คุณมีอิเล็กตรอนกี่ตัวในวงนั้น ไดอะแกรมการโคจรใช้รูปแบบพื้นฐานเดียวกัน แต่แทนที่จะใช้ตัวเลขสำหรับอิเล็กตรอนพวกมันใช้ลูกศร↑และ↓เช่นเดียวกับการให้แต่ละวงโคจรของมันเองเพื่อเป็นตัวแทนของการหมุนของอิเล็กตรอนด้วย

การกำหนดค่าอิเล็กตรอน

การกำหนดค่าอิเล็กตรอนจะแสดงผ่านสัญกรณ์ที่มีลักษณะดังนี้: 1s² 2s² 2p¹. เรียนรู้สามส่วนหลักของสัญลักษณ์นี้เพื่อทำความเข้าใจวิธีการทำงาน ตัวเลขตัวแรกบอกคุณว่า "ระดับพลังงาน" หรือจำนวนควอนตัมตัวต้น (n) ตัวอักษรตัวที่สองบอกค่าของ (l) จำนวนควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม สำหรับ l = 1 ตัวอักษรคือ s สำหรับ l = 2 เป็น p สำหรับ l = 3 เป็น d สำหรับ l = 4 เป็น f และสำหรับตัวเลขที่สูงขึ้นจะเพิ่มตามตัวอักษรจากจุดนี้โปรดจำไว้ว่าวงโคจรของ s มีอิเล็กตรอนสูงสุดสองตัวโดย p orbitals สูงสุดหก, d สูงสุด 10 และ f สูงสุด 14

หลักการ Aufbau บอกให้คุณทราบว่าวงโคจรพลังงานต่ำสุดเติมก่อน แต่คำสั่งเฉพาะไม่ได้เรียงตามลำดับในวิธีที่ง่ายต่อการจดจำ ดูทรัพยากรสำหรับไดอะแกรมที่แสดงลำดับการเติม โปรดทราบว่าระดับ n = 1 มี s orbitals เท่านั้นระดับ n = 2 มี s และ p orbitals เท่านั้นและระดับ n = 3 มี s, p และ d orbitals เท่านั้น

กฎเหล่านี้ใช้งานได้ง่ายดังนั้นสัญลักษณ์สำหรับการกำหนดค่าของ scandium คือ:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

ซึ่งแสดงให้เห็นว่าทั้ง n = 1 และ n = 2 ระดับเต็มแล้วระดับ n = 4 ได้เริ่มขึ้นแล้ว แต่กระสุน 3 มิติมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเท่านั้นในขณะที่มันมีการครอบครองสูงสุด 10 อิเล็กตรอนนี้คืออิเล็กตรอนวาเลนซ์

ระบุองค์ประกอบจากสัญกรณ์เพียงแค่นับอิเล็กตรอนและค้นหาองค์ประกอบด้วยหมายเลขอะตอมที่ตรงกัน

สัญลักษณ์แบบย่อสำหรับการกำหนดค่า

การเขียนทุกวงโคจรสำหรับองค์ประกอบที่หนักกว่านั้นน่าเบื่อดังนั้นนักฟิสิกส์มักจะใช้สัญลักษณ์ที่จดชวเลข สิ่งนี้ทำงานโดยใช้ก๊าซมีตระกูล (ในคอลัมน์ขวาสุดของตารางธาตุ) เป็นจุดเริ่มต้นและเพิ่ม orbitals สุดท้ายลงบนพวกเขา ดังนั้นธาตุสแกนเดียมมีรูปแบบเดียวกับอาร์กอนยกเว้นอิเล็กตรอนในวงโคจรพิเศษสองวง รูปแบบย่อคือ:

4s² 3d¹

เพราะการกำหนดค่าของอาร์กอนคือ:

= 1 วินาที² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

คุณสามารถใช้สิ่งนี้กับองค์ประกอบใด ๆ นอกเหนือจากไฮโดรเจนและฮีเลียม

ไดอะแกรมวงโคจร

ไดอะแกรมการโคจรเป็นเหมือนสัญกรณ์การตั้งค่าที่เพิ่งนำเสนอยกเว้นด้วยการหมุนของอิเล็กตรอนที่ระบุ ใช้หลักการกีดกัน Pauli และกฎของ Hund เพื่อหาวิธีเติมเปลือกหอย หลักการกีดกันระบุว่าไม่มีอิเล็กตรอนสองตัวใดที่สามารถใช้ตัวเลขควอนตัมสี่ตัวเดียวกันซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะส่งผลให้เกิดสถานะของคู่ของอิเล็กตรอนที่มีสปินที่ตรงกันข้าม กฎของ Hund ระบุว่าการกำหนดค่าที่เสถียรที่สุดคือรูปแบบที่มีจำนวนสปินแบบขนานมากที่สุด ซึ่งหมายความว่าเมื่อเขียนไดอะแกรมวงโคจรสำหรับเปลือกเต็มบางส่วนให้เติมอิเล็กตรอนที่หมุนรอบตัวทั้งหมดก่อนที่จะเติมอิเล็กตรอนหมุนลงใด ๆ

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าไดอะแกรมการโคจรทำงานอย่างไรโดยใช้อาร์กอนเป็นตัวอย่าง:

3p ↑↓↑↓↑↓

3 วินาที↑↓

2p ↑↓↑↓↑↓

2s ↑ ↓

1 วินาที↑↓

ลูกศรจะถูกแสดงด้วยลูกศรซึ่งบ่งบอกถึงการหมุนของพวกเขาและสัญกรณ์ด้านซ้ายเป็นสัญกรณ์การกำหนดค่าอิเล็กตรอนมาตรฐาน โปรดทราบว่า orbitals พลังงานสูงกว่าอยู่ที่ด้านบนของแผนภาพ สำหรับเปลือกเต็มบางส่วนกฎของ Hund กำหนดว่าจะต้องเติมด้วยวิธีนี้ (โดยใช้ตัวอย่างไนโตรเจน)

2p ↑↑↑

2s ↑ ↓

1 วินาที↑↓

ไดอะแกรมจุด

ไดอะแกรม Dot นั้นแตกต่างจากไดอะแกรมวงโคจร แต่พวกเขายังเข้าใจได้ง่ายมาก พวกเขาประกอบด้วยสัญลักษณ์สำหรับองค์ประกอบในศูนย์ล้อมรอบด้วยจุดที่ระบุจำนวนของอิเล็กตรอนวาเลนซ์ ตัวอย่างเช่นคาร์บอนมีอิเลคตรอนวาเลนซ์สี่ตัวและสัญลักษณ์ C ดังนั้นจึงแสดงเป็น:

∙

∙ C ∙

∙

และออกซิเจน (O) มีหกดังนั้นจึงแสดงเป็น:

∙

∙∙ O ∙

∙∙

เมื่ออิเล็กตรอนถูกใช้ร่วมกันระหว่างสองอะตอม (ในพันธะโควาเลนต์) อะตอมจะแบ่งจุดในแผนภาพในลักษณะเดียวกัน ทำให้วิธีการนี้มีประโยชน์มากสำหรับการทำความเข้าใจพันธะเคมี