Moeller diyagramı: nedir, Kimyada nasıl kullanılır ve örnekler

Kimya özellikle karmaşık olabilir, bu nedenle onunla tanışanlar için öğrenmeyi kolaylaştıran herhangi bir araç memnuniyetle karşılanır.

Madelung kuralına ve atomların elektron konfigürasyonuna aşina olmanın en popüler yöntemlerinden biri, Moeller diyagramı, hangi yörüngelerde olduğunu görmeyi çok kolaylaştıran grafiksel bir anımsatıcı kuraldır. elektronlar.

Sonraki Moeller diyagramının nelerden oluştuğunu keşfedeceğiz., Madelung kuralıyla nasıl bir ilişkisi olduğu, birkaç çözümlü örnekle nasıl uygulandığı ve hangi kimyasal elementlerin bu stratejiye uymadığı.

• İlgili makale: "5 çeşit kimyasal bağ: madde böyle oluşur"

Moeller diyagramı nedir?

Yağmur yöntemi veya köşegen kuralı olarak da bilinen Moeller diyagramı, Madelung kuralını öğrenmek için grafik ve anımsatıcı bir yöntem, kimyasal elementlerin elektronik konfigürasyonunu bilmek ve yazmak için bir teknik.

Bu diyagram, orbitallerin sütunları boyunca yukarıdan aşağıya, sağdan sola köşegenler çizerek karakterize edilir. Moeller diyagramı aracılığıyla, yörüngelerin doldurulmasında, üç kuantum sayısıyla tanımlanacak olan bir sıra tanımlanır: n, l ve ml.

Moeller diyagramı aşağıdakilere göre çalışır:

Her sütun, bir atomun elektronlarının dolaştığı farklı bir yörüngeye, negatif yüke sahip atom altı parçacıklara karşılık gelir. Söz konusu orbitaller: s, p, d ve f, her biri elektronları barındırmak için belirli bir alana ve dolayısıyla farklı enerji seviyelerine sahiptir..

Köşegenleri veya okları yukarıdaki anlamda çizersek, ilk yörüngenin 1s olduğunu elde ederiz. İkinci ok 2s yörüngesiyle başlar. Üçüncü ok 2p ve 3s ile kesişir. Dördüncü köşegen 3p ve 4s'dir. Beşinci köşegen 3d, 4p ve 5s vb. Moeller diyagramı, kimyada periyodik tablonun elementlerinin elektronik konfigürasyonlarını incelemeye başlayanlar için bir giriş tekniğidir.

• İlginizi çekebilir: "Doğa bilimlerinin 6 ana dalı"

Madelung'un kuralı

Moeller diyagramından beri Madelung kuralının grafiksel gösterimidir (bazı ülkelerde Klechkovsky'nin kuralı olarak da bilinir) önce ne hakkında olduğunu bilmeliyiz. Bu kurala göre, bir atomun yörüngelerinin doldurulması aşağıdaki iki kurala uymalıdır:

Madelung'un ilk kuralı

n + l'nin en düşük değerlerine sahip orbitaller ilk önce doldurulur, n ana kuantum sayısı ve l yörünge açısal momentumudur..

Örneğin, 3d yörünge n = 3 ve l = 2'ye karşılık gelir. Bu nedenle, n + l = 3 + 2 = 5. Bunun yerine, 4s yörüngesi n = 4 ve l = 0'a karşılık gelir, dolayısıyla n + l = 4 + 0 = 4'tür. Bundan, elektronların 3d yörüngesinden önce 4s yörüngesini doldurduğu tespit edilmiştir, çünkü 4s = 4 iken 3d = 5'tir.

• İlgili makale: "11 tip kimyasal reaksiyon"

Madelung'un ikinci kuralı

İki yörünge aynı n + l değerine sahipse, elektronlar önce n'den düşük değerli olanı işgal edecektir..

Örneğin, 3d yörünge, 4p yörüngesinin (4 + 1 = 5) ile aynı olan n + l = 5 değerine sahiptir, ancak 3d yörünge n için en düşük değere sahip olduğundan, ilk önce doldurulacaktır. 4p yörünge.

Tüm bu gözlem ve kurallardan atomik orbitallerin doldurulmasında şu sıraya ulaşılabilir: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p. Bu sıra sabit olmasına rağmen, ezbere hatırlamak karmaşıktır, bu yüzden sırasını grafiksel olarak temsil eden bir Moeller diyagramı vardır.

• İlginizi çekebilir: "Dalton'un atom teorisinin 9 önermesi"

Moeller diyagramını kullanırken izlenecek adımlar

Önceki bölümde yorumladığımız gibi, Madelung kuralı, neyin ne olduğunu belirlemek için n + l formülünü kullanır. orbitaller önce doldurulur ve bundan sonra bir elementin elektronik konfigürasyonunun ne olduğunu belirler azimli. Ancak Moeller diyagramı zaten bunu grafiksel ve kolay bir şekilde temsil etmektedir, bu nedenle aşağıdakileri takip etmek yeterlidir. aynı diyagramın sütunlarını çizin ve her birinin yörüngelerinin hangi sırayla olduğunu bulmak için köşegenler çizin. öğe.

Bir atomun elektronik konfigürasyonunu ve elektronlarının hangi yörüngelerde yer aldığını keşfetmek için önce atom numarasını Z bilmeliyiz.. Z sayısı, bu atom nötr olduğu veya aynı olan, bir iyon olmadığı, ne pozitif (katyon) ne de negatif (anyon) olduğu sürece, bir atomdaki elektron sayısına karşılık gelir.

Böylece, nötr bir atom için Z'yi bilerek, o elementin nötr bir atomunun genellikle kaç elektrona sahip olduğunu zaten biliyoruz. Bunu akılda tutarak, Moeller diyagramında köşegenleri çizmeye başlayacağız. Her yörünge tipinin elektronları barındırmak için farklı bir kapasiteye sahip olduğunu hesaba katmalıyız., hangileri:

• s = 2 elektron
• p = 6 elektron
• d = 10 elektron
• f = 14 elektron

Z tarafından verilen son elektronun işgal edildiği yörüngede durur.

Moeller diyagramı örnekleri

Moeller diyagramının nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için aşağıda farklı elementlerin elektron konfigürasyonunu ayarlamanın birkaç pratik örneğini göreceğiz.

Berilyum

Nötr bir berilyum (Be) atomunun elektronik konfigürasyonunu kurmak için ilk yapmamız gereken periyodik tabloda onu aramaktır. tablonun ikinci sütununda ve ikinci satırında bulunan bir alkali toprak. Atom numarası 4'tür, dolayısıyla Z = 4'tür ve ayrıca 4 elektronu vardır.

Tüm bunları hesaba katarak, bu elementin 4 elektronunun nasıl yerleştirildiğini görmek için Moeller diyagramını kullanacağız. Yukarıdan aşağıya ve sağdan sola yukarıda belirtilen anlamda köşegenler yaparak başlıyoruz.

Yörüngeleri doldururken, Her birinde bulunan elektron sayısını üst simge olarak koymanız önerilir.. 1s ilk yörünge olduğu ve iki elektron kapladığı için yazacağız:

Hâlâ serbest elektronlarımız olduğu için orbitalleri doldurmaya devam ediyoruz. Sonraki 2s yörüngesidir ve 1s'de olduğu gibi 2 elektron kaplar., bu nedenle 2s2. Be'nin nötr atomunun yörüngelerinde bulunan tüm elektronlara zaten sahip olduğumuz için, bu elementin elektronik konfigürasyonunun şöyle olduğunu söyleyebiliriz:

Üst simgeleri ekleyerek iyi yaptığımızdan emin oluruz: 2 + 2 = 4

• İlginizi çekebilir: "Moleküler kinetik teori: maddenin 3 hali"

Kibrit

Fosfor (P) elementi, periyodik tablonun üçüncü satırı ve 16. sütununda bulunan bir ametaldir., Z = 15 olduğundan, yörüngeleri işgal etmesi gereken toplamda 15 elektronu vardır.

Önceki örneği gördükten sonra, biraz ileri gidebilir ve elektronlarından 4 tanesini bulabiliriz. berilyumun 4 elektronu için sahip olduğu aynı yörüngelerde, 9 elektronu eksik artı.

2s orbitalinden sonraki köşegen 2p orbitaline girer ve 3s orbitalinde biter. 2p yörüngesi 6 elektron işgal edebilir ve 3s durumunda sadece 2 elektron alabilir. Böylece, sahip olurduk:

Şu anda iyi konumlandırılmış 12 elektronumuz var, ancak hala gidecek 3 elektronumuz daha var. Başka bir köşegen yapıyoruz ve bu sefer Moeller diyagramına göre 3p yörüngesinden giriyoruz, 6 elektron için yeri olan bir yörünge, ancak sadece 3 elektronumuz kaldığından, bu yörünge 3'ü üst simge olarak koyarak tamamen işgal edilmeyecektir. Böylece fosforu bitirmek için elektronik konfigürasyonu aşağıdaki gibidir:

Üst simgeleri ekleyerek iyi yaptığımızdan emin oluruz: 2 + 2 + 6 + 2 + 3 = 15

Zirkonyum

Zirkonyum (Zr) elementi 4. sütun ve 5. satırda bulunan bir geçiş metalidir ve Z = 40'a sahiptir.. Önceki örnekten yararlanarak yolu kısaltarak ilk 18 elektronu bulabiliriz.

3p orbitalinden sonra, Moeller diyagramıyla bize yol gösterecek şekilde doldurulacak olan sırasıyla 2, 10, 6 ve 2 elektron kapasiteli 4s, 3d, 4p ve 5s orbitalleridir.

Diyagramdaki ilk dokuz yörüngeyi tamamlamak toplam 20 elektron ekler, bir sonraki yörüngede bulunan kalan 2 elektronu bırakarak, 4d. Böylece, nötr element zirkonyumun elektron konfigürasyonu şöyledir:

Üst simgeleri ekleyerek iyi yaptığımızdan emin oluruz: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 6 + 2 + 2 = 40

Oksijen

Burada oksijen (O) olan biraz daha karmaşık bir örnek görüyoruz.. Bu gaz periyodik tablonun 16. sütununda ve 2. satırında bulunur, ametaldir ve atom numarası 8'dir.

Şimdiye kadar, diğer örneklere baktığımızda, onun Z = 8 olduğunu düşünürdük, ancak bu gaz özel bir yapıya sahip olduğu için o kadar basit değil, neredeyse her zaman -2 yüklü bir iyon şeklinde.

Bunun anlamı, nötr bir oksijen atomunun atom numarasıyla gösterildiği gibi 8 elektronu olmasına rağmen, Doğada daha fazla olduğu doğrudur, kendi durumunda 10 (8 elektron + 2 elektron veya isterseniz -8 yük) elektrik -2).

Yani, bu durumda, orbitallere yerleştirmemiz gereken elektron sayısı 8 değil 10 elektrondur., sanki Z = 10 olan kimyasal element neonunun elektronlarını buluyormuşuz gibi.

Bunu anlayarak, sadece bir iyon (anyon) ile çalıştığımızı hesaba katarak önceki durumlarda yaptığımızın aynısını yapmalıyız:

Üst simgeleri ekleyerek iyi yaptığımızdan emin oluruz: 2 + 2 + 6 = 10

Kalsiyum

Oksijene benzer bir şey kalsiyuma (Ca) olur, sadece bu durumda bir katyondan, yani pozitif yüklü bir iyondan bahsediyoruz..

Bu element, atom numarası 20 olan periyodik tablonun 2. sütun 4. satırında bulunur, ancak Doğa genellikle +2 pozitif yüklü bir iyon şeklinde sunulur, bu da elektronik yükünün 18 (- 20 + 2 = 18; 20 elektron - 2 elektron = 18 elektron).

Üst simgeleri ekleyerek iyi yaptığımızdan emin oluruz: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 = 18

Moeller diyagramı ve Madelung kuralının istisnaları

Moeller diyagramı Madelung'un kuralını anlamak ve farklı kimyasal elementlerin elektronlarının nasıl yerleştiğini bilmek için çok faydalı olsa da, gerçek şu ki, yanılmaz değildir. Bileşimi anlattıklarımıza uymayan bazı maddeler vardır.

Elektron konfigürasyonları, kuantum nedenlerle Madelung kuralı tarafından tahmin edilenlerden deneysel olarak farklıdır.. Standartlara uymayan bu elementler arasında krom (Cr, Z = 24), bakır (Cu, Z = 29), gümüş (Ag, Z = 47), rodyum (Rh, Z = 45), seryum ( Ce, Z = 58), niyobyum (Nb; Z = 41), diğerleri arasında.

d ve f orbitallerini doldururken istisnalar çok sık görülür. Örneğin, Moeller diyagramına ve Madelung kuralına göre 4s ^ 2 3d ^ 4 ile biten bir değerlik konfigürasyonuna sahip olması gereken krom durumunda, aslında 4s ^ 1 3d ^ 5 bir değerlik konfigürasyonuna sahiptir. Bir başka garip örnek, sonuncusu olarak 5s ^ 2 4d ^ 9 yerine 5s ^ 1 4d ^ 10 olan gümüşün örneğidir.