Moeller 다이어그램: 정의, 화학에서 사용되는 방법 및 예

화학은 특히 복잡할 수 있으므로 처음 접하는 사람들을 위한 학습을 ​​용이하게 하는 모든 도구를 환영합니다.

Madelung의 법칙과 원자의 전자 배열에 익숙해지는 가장 인기 있는 방법 중 하나는 다음과 같습니다. Moeller 다이어그램, 어떤 궤도에서 어떤 궤도를 쉽게 볼 수 있도록 하는 그래픽 니모닉 규칙 전자.

다음 우리는 Moeller 다이어그램이 무엇으로 구성되어 있는지 알아낼 것입니다., 이것이 Madelung의 법칙과 어떻게 관련되는지, 몇 가지 해결된 예를 통해 어떻게 적용되는지, 어떤 화학 원소가 이 전략을 따르지 않는지.

• 관련 기사: "화학 결합의 5가지 유형: 이것이 물질이 구성되는 방식입니다"

Moeller 다이어그램이란 무엇입니까?

비법 또는 대각선의 법칙이라고도 하는 Moeller 다이어그램은 다음과 같습니다. 화학 원소의 전자 구성을 알고 쓰는 기술인 Madelung의 법칙을 학습하기 위한 그래픽 및 니모닉 방법.

이 다이어그램은 오른쪽에서 왼쪽으로 위에서 아래로 오비탈의 열을 통해 대각선을 그리는 것이 특징입니다. Moeller 다이어그램을 통해 오비탈을 채우는 순서가 정의되며, 이는 n, l 및 ml의 세 가지 양자수로 정의됩니다.

Moeller 다이어그램은 다음과 같이 작동합니다.

각 열은 원자의 전자가 순환하는 다른 궤도, 음전하를 갖는 아원자 입자에 해당합니다. 문제의 오비탈은 s, p, d 및 f이며 각각 전자를 수용할 수 있는 특정 공간이 있으므로 서로 다른 에너지 준위가 있습니다..

위와 같은 의미로 대각선이나 화살표를 그리면 첫 번째 오비탈은 1이 됩니다. 두 번째 화살표는 2s 오비탈로 시작합니다. 세 번째 화살표는 2p와 3s를 교차합니다. 네 번째 대각선은 3p와 4s입니다. 다섯 번째 대각선은 3d, 4p 및 5s 등입니다. Moeller 다이어그램은 화학에서 주기율표 요소의 전자 구성을 연구하기 시작하는 사람들을 위한 입문 기술입니다.

• 관심이 있을 수 있습니다. "자연과학의 6대 분과"

마들룽의 법칙

Moeller 다이어그램 이후

Madelung의 법칙을 그래픽으로 표현한 것입니다. (일부 국가에서는 Klechkovsky의 규칙이라고도 함) 먼저 그것이 무엇에 관한 것인지 알아야 합니다. 이 규칙에 따르면 원자의 궤도를 채우려면 다음 두 가지 규칙을 따라야 합니다.

마들룽의 첫 번째 법칙

n + l의 가장 낮은 값을 가진 궤도가 먼저 채워지며, n은 주요 양자수이고 l은 궤도 각운동량입니다..

예를 들어, 3d 궤도는 n = 3 및 l = 2에 해당합니다. 따라서 n + l = 3 + 2 = 5입니다. 대신 4s 궤도는 n = 4 및 l = 0에 해당하므로 n + l = 4 + 0 = 4입니다. 이것으로부터 4s = 4이고 3d = 5이기 때문에 전자가 3d 오비탈보다 먼저 4s 오비탈을 채우는 것이 확인됩니다.

• 관련 기사: "11가지 화학반응"

마들룽의 두 번째 법칙

두 개의 오비탈이 n + l 값이 같으면 전자가 n 값이 작은 오비탈을 먼저 차지합니다..

예를 들어 3d 오비탈의 값은 n + l = 5로 4p 오비탈(4 + 1 = 5)과 동일하지만 3d 오비탈의 n 값이 가장 낮기 때문에 n보다 먼저 채워집니다. 4p 오비탈.

이러한 모든 관찰과 규칙에서 원자 궤도를 채우는 순서는 다음과 같습니다. 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p. 이 순서는 고정되어 있지만 마음으로 기억하는 것은 복잡하기 때문에 그 순서를 그래픽으로 나타내는 Moeller 다이어그램이 있습니다.

• 관심이 있을 수 있습니다. "달튼의 원자론의 9가지 가정"

Moeller 다이어그램을 사용할 때 따라야 할 단계

이전 섹션에서 언급했듯이 Madelung의 규칙은 공식 n + l을 사용하여 다음을 설정합니다. 오비탈은 요소의 전자 구성이 무엇인지 결정하기 전에 채워집니다. 단호한. 그러나 Moeller 다이어그램은 이미 이를 그래픽으로 쉽게 나타내므로 다음을 따르기에 충분합니다. 같은 다이어그램의 열과 대각선을 그려 각 오비탈의 순서를 찾습니다. 요소.

원자의 전자 배열과 전자가 있는 궤도를 발견하려면 먼저 원자 번호 Z를 알아야 합니다.. 숫자 Z는 이 원자가 중성인 한 원자의 전자 수에 해당합니다. 즉, 이온이 아니며 양(양이온)도 음(음이온)도 아닙니다.

따라서 중성 원자에 대해 Z를 알면 해당 요소의 중성 원자가 일반적으로 얼마나 많은 전자를 가지고 있는지 이미 알고 있습니다. 이를 염두에 두고 Moeller 다이어그램에 대각선을 그리기 시작합니다. 우리는 각 유형의 오비탈이 전자를 수용할 수 있는 용량이 다르다는 점을 고려해야 합니다., 다음과 같습니다.

• s = 2개의 전자
• p = 6개의 전자
• d = 10개의 전자
• f = 14개의 전자

Z에 의해 주어진 마지막 전자가 점유된 궤도에서 멈춥니다.

Moeller 다이어그램 예

Moeller 다이어그램의 작동 방식을 더 잘 이해하기 위해 아래에서 다양한 요소의 전자 구성을 설정하는 몇 가지 실용적인 예를 볼 것입니다.

베릴륨

중성 베릴륨(Be) 원자의 전자 구성을 설정하려면 먼저 주기율표에서 찾아야 합니다. 표의 두 번째 열과 두 번째 행에 있는 알칼리 토류. 원자 번호는 4이므로 Z = 4이고 전자도 4개 있습니다.

이 모든 것을 고려하여 Moeller 다이어그램을 사용하여 이 요소의 4개 전자가 어떻게 위치하는지 확인할 것입니다. 위에서 아래로, 오른쪽에서 왼쪽으로 위에서 언급한 의미로 대각선을 만드는 것으로 시작합니다.

우리가 궤도를 채울 때, 각각에서 발견되는 전자의 수를 위 첨자로 표시하는 것이 좋습니다.. 1s는 첫 번째 오비탈이고 두 개의 전자를 차지하므로 다음과 같이 작성합니다.

우리는 여전히 자유 전자를 가지고 있기 때문에 궤도를 계속 채웁니다. 다음은 2s 오비탈이며 1s와 마찬가지로 2개의 전자를 차지합니다., 따라서 2s2. 우리는 이미 Be의 중성 원자의 궤도에 잘 위치한 모든 전자를 가지고 있기 때문에 이 원소의 전자 구성은 다음과 같다고 말할 수 있습니다.

위 첨자를 추가하여 잘 했는지 확인합니다. 2 + 2 = 4

• 관심이 있을 수 있습니다. "분자 운동 이론: 물질의 3가지 상태"

성냥

인(P) 원소는 주기율표의 세 번째 행과 열 16에서 발견되는 비금속입니다., Z = 15이므로 오비탈을 차지해야 하는 총 15개의 전자가 있습니다.

이전 예를 보았으므로 조금 앞으로 이동하여 전자 중 4개를 찾을 수 있습니다. 베릴륨이 4개의 전자에 대해 가지고 있는 동일한 궤도에서 9개의 전자가 누락됨 을 더한.

2s 오비탈 이후에 다음 대각선은 2p 오비탈로 들어가고 3s 오비탈에서 끝납니다. 2p 오비탈은 6개의 전자를 차지할 수 있으며 3s의 경우 2개만 차지할 수 있습니다. 따라서 우리는 다음을 갖게 될 것입니다:

현재 12개의 전자가 잘 위치해 있지만 아직 3개가 더 남아 있습니다. 우리는 또 다른 대각선을 만들고 이번에는 6개의 전자를 위한 공간이 있는 오비탈인 Moeller 다이어그램에 따라 3p 오비탈을 통해 들어갑니다., 그러나 우리에게는 3개의 전자만 남아 있기 때문에 이 궤도는 완전히 채워지지 않고 3을 위첨자로 표시합니다. 따라서 인을 끝내기 위해 전자 구성은 다음과 같습니다.

위 첨자를 추가하여 잘 했는지 확인합니다. 2 + 2 + 6 + 2 + 3 = 15

지르코늄

원소 지르코늄(Zr)은 4열과 5열에서 발견되는 전이 금속이며 Z = 40. 앞의 예를 활용하여 경로를 단축하면 처음 18개의 전자를 찾을 수 있습니다.

3p 오비탈 다음으로 채워질 다음 Moeller 다이어그램은 4s, 3d, 4p 및 5s 오비탈이며 각각 2, 10, 6 및 2개의 전자를 수용할 수 있습니다.

다이어그램에서 처음 9개의 궤도를 완성하면 총 20개의 전자가 추가됩니다. 나머지 2개의 전자는 다음 오비탈인 4d에 보관됩니다.. 따라서 중성 원소 지르코늄의 전자 배열은 다음과 같습니다.

위 첨자를 추가하여 잘 했는지 확인합니다: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 6 + 2 + 2 = 40

산소

여기서 우리는 산소(O)인 약간 더 복잡한 예를 봅니다.. 이 가스는 주기율표의 16열과 2행에 있으며 비금속이며 원자 번호 8입니다.

지금까지 다른 예를 보면 Z = 8이라고 생각할 수 있지만 이 가스는 거의 항상 -2의 전하를 갖는 이온 형태로 존재하는 특별한 성질을 가지고 있기 때문에 그렇게 간단하지 않습니다.

이것은 중성 산소 원자가 원자 번호로 표시된 것처럼 8개의 전자를 가지고 있지만 자연에서는 10개(전자 8개 + 전자 2개 또는 원하는 경우 -8 전하)보다 더 많은 것이 사실입니다. 전기 -2).

따라서 이 경우, 우리가 궤도에서 찾아야 하는 전자의 수는 8개가 아니라 10개입니다., 마치 우리가 Z = 10을 갖는 화학 원소 네온의 전자를 찾는 것처럼.

이것을 이해하면 우리는 이온(음이온)으로 작업한다는 점만 고려하여 이전의 경우와 동일한 작업을 수행하면 됩니다.

위 첨자를 추가하여 잘 했는지 확인합니다. 2 + 2 + 6 = 10

칼슘

산소와 유사한 일이 칼슘(Ca)에 발생합니다. 이 경우에만 양이온, 즉 양전하를 띤 이온에 대해 이야기하고 있습니다..

이 원소는 원자번호가 20인 주기율표의 2열 4행에 있지만, 자연은 일반적으로 양전하 +2를 갖는 이온 형태로 제공되며, 이는 전자 전하가 18(- 20 + 2 = 18; 20개의 전자 - 2개의 전자 = 18개의 전자).

위 첨자를 추가하여 잘 했는지 확인합니다. 2 + 2 + 6 + 2 + 6 = 18

Moeller 다이어그램 및 Madelung의 규칙에 대한 예외

Moeller 도표는 Madelung의 법칙을 이해하고 다른 화학 원소의 전자가 어떻게 위치하는지를 아는 데 매우 유용하지만 진실은 오류가 없다는 것입니다. 구성이 우리가 설명한 내용을 따르지 않는 특정 물질이 있습니다.

그들의 전자 구성은 양자적 이유로 Madelung의 규칙에 의해 예측된 것과 실험적으로 다릅니다.. 표준을 따르지 않는 이러한 요소 중에는 크롬(Cr, Z = 24), 구리(Cu, Z = 29), 은(Ag, Z = 47), 로듐(Rh, Z = 45), 세륨( Ce, Z = 58), 니오븀(Nb; Z = 41) 등이 있습니다.

예외는 d 및 f 오비탈을 채울 때 매우 자주 발생합니다. 예를 들어, Moeller 다이어그램과 Madelung의 법칙에 따라 4s ^ 2 3d ^ 4로 끝나는 원자가 구성을 가져야 하는 크롬의 경우 실제로는 4s ^ 1 3d ^ 5의 원자가 구성을 갖습니다. 또 다른 이상한 예는 은의 경우로, 마지막으로 5s ^ 2 4d ^ 9 대신 5s ^ 1 4d ^ 10을 갖습니다.