Τροχιακό διάγραμμα, κατανόηση και παραδείγματα

Η τροχιά είναι η περιοχή ή η περιοχή στο διάστημα γύρω από τον ατομικό πυρήνα που έχει τη μεγαλύτερη πιθανότητα εύρεσης ηλεκτρονίων. Στη διάταξη του τροχιακού διαγράμματος, ένα ηλεκτρόνιο αντιπροσωπεύεται από ένα βέλος στραμμένο προς τα πάνω το οποίο αντιπροσωπεύει το ηλεκτρόνιο με περιστροφή + ½, ή στραμμένο προς τα κάτω, το οποίο αντιπροσωπεύει ένα ηλεκτρόνιο με περιστροφή -½. Για να σημειωθεί η κατανομή των τροχιακών σε άτομα, αυτά τα βέλη τοποθετούνται σε οριζόντια γραμμή, σε κύκλο ή γενικά σε κουτί.

Τα τροχιακά διαγράμματα χρησιμοποιούνται για να διευκολύνουν τον προσδιορισμό των τιμών των κβαντικών αριθμών, δηλαδή των μαγνητικών κβαντικών αριθμών και των κβαντικών αριθμών περιστροφής. Τότε τι γίνεται με τον κύριο κβαντικό αριθμό και τον κβαντικό αριθμό αζιμουθίου; Και οι δύο μπορούν να προσδιοριστούν εύκολα, απλά εξετάζοντας τις διαμορφώσεις των ηλεκτρονίων τους.

Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τα βήματα και τους κανόνες για την προετοιμασία ενός τροχιακού διαγράμματος.

Βήματα προετοιμασίας τροχιακού διαγράμματος 

1. Καταγράψτε τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων σύμφωνα με τον κανόνα του Aufbau.

Ο κανόνας του Aufbau υποστηρίζει ότι η φόρτιση των ηλεκτρονίων σε τροχιά ξεκινά από το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας έως το υψηλότερο επίπεδο ενέργειας. Τα τροχιακά s έχουν τα χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας και είναι υψηλότερα για τα τροχιακά p, d και f αντίστοιχα. Η πλήρωση ηλεκτρονίων στα τροχιακά μπορεί να απεικονιστεί με το ακόλουθο διάγραμμα.

αρχή aufbau

Πηγή εικόνας: mediabelajaronline.blogspot.com

Κάθε υπο-κέλυφος έχει μέγιστο αριθμό ηλεκτρονίων, δηλαδή: 

  • Το δευτερεύον κέλυφος περιέχει το πολύ 2 ηλεκτρόνια
  • Το υποσύνολο p περιέχει έως 6 ηλεκτρόνια
  • Το d subshell περιέχει το πολύ 10 ηλεκτρόνια
  • Το υποσύνολο f περιέχει έως 14 ηλεκτρόνια

Αναφερόμενος στην παραπάνω εικόνα και πληροφορίες, μπορούμε να γράψουμε την ακολουθία των διαμορφώσεων ηλεκτρονίων ως εξής: 

1s 2 2s 2 2p6 6 3s 2 3p6 4s 2 3d10 4p6 5s2 4d 10 5p 6 6s2 4f 14 5d 10  …. και τα λοιπά. 

2. Η τροχιακή θα συμβολίζεται με ένα τετράγωνο. S = 1 τετραγωνική τροχιακή, p = 3 τετραγωνική τροχιακή, d = 5 τετραγωνική τροχιακή και f = 7 τετραγωνική τροχιακή. 

τα τροχιακά συμβολίζονται με την εικόνα ενός κουτιού

Πηγή: mediabelajaronline.blogspot.com

3. Γεμίστε το τροχιακό κουτί με ηλεκτρόνια που ανήκουν σε κάθε υπόστρωμα με ένα βέλος πάνω ή κάτω. Ένα κουτί γεμίζει με μέγιστο 2 ηλεκτρόνια. Τα τροχιακά που έχουν την ίδια ενέργεια αντιπροσωπεύονται από μια ομάδα τετραγώνων το ένα δίπλα στο άλλο. Εν τω μεταξύ, τα τροχιακά με διαφορετικά επίπεδα ενέργειας αντιπροσωπεύονται από ξεχωριστά τετράγωνα. Κατά την πλήρωση των τροχιακών ηλεκτρονίων, υπάρχουν πολλοί κανόνες που πρέπει να ακολουθούνται, συγκεκριμένα: 

A. Η αρχή της απαγόρευσης του Pauli

Η αρχή της απαγόρευσης του Pauli αναφέρει ότι:

" Κανένα δύο ηλεκτρόνια σε ένα άτομο δεν μπορεί να έχει τους ίδιους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς. Τα ίδια τροχιακά θα έχουν τους ίδιους κβαντικούς αριθμούς n, l και m. Η μόνη διαφορά είναι οι κβαντικοί αριθμοί περιστροφής. " 

Αυτό σημαίνει ότι κάθε τροχιακό περιέχει το πολύ δύο ηλεκτρόνια σε αντίθετες κατευθύνσεις περιστροφής.

Β. Κανόνες Hund

Ένας φυσικός από τη Γερμανία, ο Φρίντριχ Χουντ (1927) πρότεινε τους κανόνες για την πλήρωση ηλεκτρονίων σε τροχιακά, δηλαδή:

"Τροχιακό με την ίδια ενέργεια, το καθένα γεμίζει πρώτα από ένα ηλεκτρόνιο προς την ίδια κατεύθυνση (περιστροφή), και στη συνέχεια το ηλεκτρόνιο θα εισέλθει στα τροχιακά προς την αντίθετη κατεύθυνση (περιστροφή), ή με άλλα λόγια, στο δευτερεύον κέλυφος που είναι διαφορετικό. το ίδιο, κάθε τροχιακό γεμίζει με ένα ηλεκτρόνιο στην ίδια κατεύθυνση του βέλους, και στη συνέχεια τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια γεμίζονται ως ηλεκτρονικό συνεργάτη στην αντίθετη κατεύθυνση του βέλους ".

Για να κατανοήσουμε την παραπάνω δήλωση, ας εξετάσουμε το ακόλουθο παράδειγμα ενός διαγράμματος ηλεκτρονίων:

κανόνες hund

Πηγή: mediabelajaronline.blogspot.com

Αν κοιτάξουμε το τροχιακό διάγραμμα για το στοιχείο S στη διαμόρφωση 3p 4, τα τρία ηλεκτρόνια τοποθετούνται πρώτα με ένα πάνω βέλος, τότε το υπόλοιπο 1 ηλεκτρόνιο αντιπροσωπεύεται από ένα κάτω βέλος. Αυτό γίνεται σύμφωνα με τους κανόνες του Hund.

Τώρα αυτή είναι μια εξήγηση των κανόνων για την κατασκευή τροχιακών διαγραμμάτων. Ακολουθώντας τους παραπάνω κανόνες, μπορείτε εύκολα να γράψετε τροχιακά διαγράμματα. Έχετε απορίες σχετικά με αυτό; Παρακαλώ γράψτε την ερώτησή σας στη στήλη σχολίων. Και μην ξεχάσετε να μοιραστείτε αυτήν τη γνώση.