Moellerio diagrama: kas tai yra, kaip ji naudojama chemijoje ir pavyzdžiai

Chemija gali būti ypač sudėtinga, todėl laukiama bet kokia priemonė, palengvinanti mokymąsi su ja susipažinusiems.

Vienas iš populiariausių būdų susipažinti su Madelungo taisykle ir atomų elektronų konfigūracija yra Moellerio diagrama, grafinė mnemoninė taisyklė, leidžianti labai lengvai pamatyti, kuriose orbitose yra elektronų.

Kitas mes išsiaiškinsime, iš ko susideda Moellerio diagrama, kaip ji susijusi su Madelungo taisykle, kaip ji taikoma remiantis keliais išspręstais pavyzdžiais ir kurie cheminiai elementai nepaklūsta šiai strategijai.

• Susijęs straipsnis: "5 cheminių jungčių tipai: taip susidaro medžiaga"

Kas yra Moellerio diagrama?

Moellerio diagrama, dar žinoma kaip lietaus metodas arba įstrižainių taisyklė, yra grafinis ir mnemoninis Madelungo taisyklės mokymosi metodas, cheminių elementų elektroninės konfigūracijos pažinimo ir užrašymo technika.

Ši diagrama pasižymi įstrižainių brėžimu per orbitų stulpelius, iš viršaus į apačią iš dešinės į kairę. Per Moellerio diagramą apibrėžiama orbitalių užpildymo tvarka, kuri bus apibrėžta trimis kvantiniais skaičiais: n, l ir ml.

Moellerio diagrama veikia taip:

Kiekviena kolonėlė atitinka skirtingą orbitą, per kurią cirkuliuoja atomo elektronai, subatominės dalelės, turinčios neigiamą krūvį. Aptariamos orbitalės yra: s, p, d ir f, kurių kiekviena turi tam tikrą erdvę elektronams talpinti, taigi ir skirtingus energijos lygius..

Jei nubrėžtume įstrižaines arba rodykles anksčiau minėta prasme, gautume, kad pirmoji orbita yra 1 s. Antroji rodyklė prasideda 2s orbitale. Trečioji rodyklė kerta 2p ir 3s. Ketvirtoji įstrižainė yra 3p ir 4s. Penktoji įstrižainė yra 3d, 4p ir 5s ir pan. Moellerio diagrama yra įvadinė metodika tiems, kurie pradeda studijuoti periodinės lentelės elementų elektronines konfigūracijas chemijoje.

• Galbūt jus domina: „6 pagrindinės gamtos mokslų šakos“

Madelungo taisyklė

Kadangi Moellerio diagrama yra grafinis Madelungo taisyklės vaizdas (kai kuriose šalyse taip pat žinomas kaip Klečkovskio valdymas) pirmiausia turime žinoti, apie ką kalbama. Pagal šią taisyklę atomo orbitalių užpildymas turi atitikti šias dvi taisykles:

Pirmoji Madelungo taisyklė

Pirmiausia užpildomos orbitos, kurių n + l reikšmės yra mažiausios, n yra pagrindinis kvantinis skaičius, o l yra orbitos kampinis momentas..

Pavyzdžiui, 3d orbita atitinka n = 3 ir l = 2. Todėl n + l = 3 + 2 = 5. Vietoj to, 4s orbitalė atitinka n = 4 ir l = 0, todėl n + l = 4 + 0 = 4. Iš to nustatyta, kad elektronai pirmiausia užpildo 4s orbitą prieš 3d, nes 4s = 4, o 3d = 5.

• Susijęs straipsnis: „11 cheminių reakcijų tipų“

Antroji Madelungo taisyklė

Jei dvi orbitalės turi vienodą n + l reikšmę, elektronai pirmiausia užims tą, kurios reikšmė n mažesnė..

Pavyzdžiui, 3d orbitalės reikšmė n + l = 5, identiška 4p orbitalės vertei (4 + 1 = 5), bet kadangi 3d orbitalės n reikšmė yra mažiausia, ji bus užpildyta pirmiausia nei 4p orbita.

Iš visų šių stebėjimų ir taisyklių galima pasiekti tokią atominių orbitalių užpildymo tvarką: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p. Nors ši tvarka yra fiksuota, ją prisiminti mintinai sudėtinga, todėl yra Moellerio diagrama, grafiškai atvaizduojanti jos tvarką.

• Galbūt jus domina: „9 Daltono atominės teorijos postulatai“

Veiksmai, kurių reikia laikytis naudojant Moellerio diagramą

Kaip jau komentavome ankstesniame skyriuje, Madelungo taisyklė naudoja formulę n + l, kad nustatytų, kas orbitalės užpildomos prieš ir iš to nustatoma, kokia yra elektroninė elemento konfigūracija Atkaklus. Tačiau Moellerio diagrama tai jau pavaizduoja grafiškai ir lengvai, todėl pakanka vadovautis tos pačios diagramos stulpelius ir nubrėžkite įstrižaines, kad sužinotumėte, kokia tvarka yra kiekvienos jų orbitos elementas.

Norėdami sužinoti elektroninę atomo konfigūraciją ir kokiose orbitose yra jo elektronai, pirmiausia turime žinoti jo atominį skaičių Z. Skaičius Z atitinka elektronų skaičių atome, kol šis atomas yra neutralus, arba kas yra tas pats, kad jis nėra jonas, nei teigiamas (katijonas), nei neigiamas (anijonas).

Taigi, žinodami Z neutraliam atomui, mes jau žinome, kiek elektronų paprastai turi neutralus to elemento atomas. Turėdami tai omenyje, pradėsime braižyti Moellerio diagramos įstrižaines. Turime atsižvelgti į tai, kad kiekvieno tipo orbitos turi skirtingą gebėjimą talpinti elektronus, kurie yra:

• s = 2 elektronai
• p = 6 elektronai
• d = 10 elektronų
• f = 14 elektronų

Jis sustoja ties orbitale, kurioje buvo užimtas paskutinis Z duotas elektronas.

Moellerio diagramų pavyzdžiai

Norėdami geriau suprasti, kaip veikia Moellerio diagrama, toliau pateiksime keletą praktinių skirtingų elementų elektronų konfigūracijos nustatymo pavyzdžių.

Berilis

Norėdami nustatyti neutralaus berilio (Be) atomo elektroninę konfigūraciją, pirmiausia turime ieškoti jo periodinėje lentelėje, šarminės žemės, esančios antrajame lentelės stulpelyje ir antroje eilutėje. Jo atominis skaičius yra 4, todėl Z = 4 ir jis taip pat turi 4 elektronus.

Atsižvelgdami į visa tai, naudosime Moellerio diagramą, kad pamatytume, kaip išsidėstę 4 šio elemento elektronai. Pradedame nuo įstrižainių darymo anksčiau minėta prasme, iš viršaus į apačią ir iš dešinės į kairę.

Kai užpildome orbitas, Kiekviename iš jų rastų elektronų skaičių rekomenduojama įrašyti kaip viršutinį indeksą. Kadangi 1s yra pirmoji orbita ir ji užima du elektronus, tai parašysime:

Kadangi vis dar turime laisvų elektronų, toliau pildome orbitales. Toliau yra 2s orbita ir, kaip ir 1s, ji užima 2 elektronus, todėl 2s2. Kadangi jau turime visus elektronus, gerai išsidėsčiusius neutralaus Be atomo orbitose, galime teigti, kad šio elemento elektroninė konfigūracija yra tokia:

Įsitikiname, kad padarėme gerai, pridėdami viršutinius indeksus: 2 + 2 = 4

• Galbūt jus domina: "Molekulinė kinetinė teorija: 3 materijos būsenos"

Rungtynės

Elementas fosforas (P) yra nemetalas, esantis trečioje periodinės lentelės eilutėje ir 16 stulpelyje, kai Z = 15, todėl iš viso turi 15 elektronų, kurie turi užimti orbitales.

Pamatę ankstesnį pavyzdį, galime šiek tiek pajudėti į priekį ir rasti 4 jo elektronus tose pačiose orbitose, kurias turi berilio 4 elektronai, trūksta 9 elektronų pliusas.

Po 2s orbitalės kita įstrižainė patenka į 2p orbitalę ir baigiasi ties 3s orbitale. 2p orbita gali užimti 6 elektronus, o 3s atveju tik 2. Taigi, mes turėtume:

Šiuo metu turime 12 elektronų, bet dar turime 3. Padarome dar vieną įstrižainę ir šį kartą patenkame per 3p orbitą pagal Moellerio diagramą, orbitalę, kurioje yra vietos 6 elektronams, bet kadangi mums liko tik 3 elektronai, ši orbita nebus visiškai užimta, 3 įvedus kaip viršutinį indeksą. Taigi, norint užbaigti fosforą, jo elektroninė konfigūracija yra tokia:

Įsitikiname, kad gerai padarėme, pridėdami viršutinius indeksus: 2 + 2 + 6 + 2 + 3 = 15

Cirkonis

Elementas cirkonis (Zr) yra pereinamasis metalas, randamas 4 stulpelyje ir 5 eilutėje ir kurio Z = 40. Sutrumpindami kelią, pasinaudodami ankstesniu pavyzdžiu, galime rasti pirmuosius 18 elektronų.

Po 3p orbitalės, remiantis Moellerio diagrama, reikia užpildyti 4s, 3d, 4p ir 5s orbitales, kuriose yra atitinkamai 2, 10, 6 ir 2 elektronai.

Užbaigus pirmąsias devynias diagramos orbitales, iš viso pridedama 20 elektronų, paliekant 2 likusius elektronus, esančius kitoje orbitoje – 4d. Taigi, neutralaus elemento cirkonio elektronų konfigūracija yra:

Įsitikiname, kad gerai padarėme, pridėdami viršutinius indeksus: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 6 + 2 + 2 = 40

Deguonis

Čia matome šiek tiek sudėtingesnį pavyzdį, kuris yra deguonis (O). Šios dujos yra periodinės lentelės 16 stulpelyje ir 2 eilutėje, jos yra nemetalinės ir jų atominis skaičius yra 8.

Kol kas, žiūrėdami į kitus pavyzdžius, manytume, kad jo Z = 8, tačiau tai nėra taip paprasta, nes šios dujos yra ypatingos prigimties, beveik visada yra jono pavidalo, kurio krūvis yra -2.

Tai reiškia, kad nors neutralus deguonies atomas turi 8 elektronus, kaip rodo jo atominis skaičius, jis turi Tiesa, gamtoje jis turi daugiau, savo atveju 10 (8 elektronai + 2 elektronai arba, jei norite, -8 krūviai elektrinis -2).

Taigi šiuo atveju elektronų, kuriuos turime rasti orbitose, skaičius yra ne 8, o 10 elektronų, tarsi mes rastume cheminio elemento neono, kurio Z = 10, elektronus.

Suprasdami tai, turime daryti tą patį, ką darėme ankstesniais atvejais, tik atsižvelgdami į tai, kad dirbame su jonu (anijonu):

Įsitikiname, kad padarėme gerai, pridėdami viršutinius indeksus: 2 + 2 + 6 = 10

Kalcis

Kalciui (Ca) atsitinka kažkas panašaus į deguonį, tik šiuo atveju kalbame apie katijoną, tai yra teigiamo krūvio joną.

Šis elementas yra periodinės lentelės 2 stulpelio 4 eilutėje, kurio atominis skaičius yra 20, tačiau Gamta paprastai pateikiama jono pavidalu, kurio teigiamas krūvis +2, o tai reiškia, kad jo elektroninis krūvis yra 18 (- 20 + 2 = 18; 20 elektronų – 2 elektronai = 18 elektronų).

Įsitikiname, kad gerai padarėme, pridėdami viršutinius indeksus: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 = 18

Moellerio diagramos ir Madelungo taisyklės išimtys

Nors Moellerio diagrama yra labai naudinga norint suprasti Madelungo taisyklę ir žinoti, kaip išsidėstę skirtingų cheminių elementų elektronai, tiesa ta, kad ji neklysta. Yra tam tikrų medžiagų, kurių sudėtis neatitinka to, ką paaiškinome.

Jų elektronų konfigūracijos eksperimentiškai skiriasi nuo tų, kurias numatė Madelungo taisyklė dėl kvantinių priežasčių.. Tarp šių elementų, kurie neatitinka standartų, turime: chromą (Cr, Z = 24), varį (Cu, Z = 29), sidabrą (Ag, Z = 47), rodį (Rh, Z = 45), cerį ( Ce, Z = 58), niobis (Nb; Z = 41), be kita ko.

Išimtys yra labai dažnos užpildant d ir f orbitales. Pavyzdžiui, chromo, kurio valentinė konfigūracija turėtų baigtis 4s ^ 2 3d ^ 4 pagal Moellerio diagramą ir Madelungo taisyklę, iš tikrųjų jo valentingumo konfigūracija yra 4s ^ 1 3d ^ 5. Kitas keistas pavyzdys yra sidabro pavyzdys, kuriame vietoj 5s ^ 2 4d ^ 9 yra 5s ^ 1 4d ^ 10.