Атомни диаграми, показващи слоестата електронна конфигурация на елементите

Атомните диаграми се състоят от опростено представяне на електронната конфигурация на атома чрез слоеве или енергийни нива. Те са много лесен начин да се види валентната обвивка на даден елемент, както и броят на електроните, присъстващи във вътрешните обвивки, което е полезно за прогнозиране на физичните и химичните свойства на даден елемент.

Как се изграждат атомните диаграми?

Изграждането на атомни диаграми се основава на електронната конфигурация на елемента. Това е относително прост процес, който се извършва по един и същи начин за всеки атом в периодичната таблица. Процесът е следният:

Стъпка #1: Напишете електронната конфигурация на елемента

Електронната конфигурация се получава с помощта на правилото за дъжд и общия брой електрони на въпросния атом. Ако е неутрален атом, броят на електроните съвпада с атомния номер на елемента. Ако, от друга страна, това е йон, броят на електроните се изчислява като атомното число минус електрическия заряд на йона (включително неговия знак, ако е отрицателен). Тоест използва се следната формула:

След като се получи броят на електроните, те се разпределят между различните поднива на атома, като първо запълват тези с най-ниска енергия, докато бъдат напълно запълнени, преди да преминат към следващата орбитала или подниво. Редът на пълнене се определя от правилото на Маделунг, известно още като правилото на дъжда, и е схематизиран на следната фигура:

Тоест, попълването се извършва според сумата от n+l, вместо да се взема предвид само n. Списъкът на всички подчерупки с максималния брой електрони, които могат да се поберат във всяка от тях, следвайки това правило за пълнене, е:

Има повече поднива, но никой елемент в периодичната таблица не успява да локализира електрони в тях.

Стъпка #2: Групирайте орбиталите по ред на нарастване на енергийното ниво

Запълването на орбиталите по метода на дъжда не винаги произвежда електронната конфигурация, подредена от основното енергийно ниво. Поради тази причина, след попълване на подчерупките, те трябва да бъдат групирани по тяхната неосновна стойност на квантово число.

Стъпка #3: Добавете електроните във всяко енергийно ниво, за да получите конфигурацията на електронната обвивка

След като се получи крайната електронна конфигурация, добавяме броя на електроните във всички орбитали, присъстващи на всяко ниво. По този начин се получава това, което е известно като електронна конфигурация по нива или по слоеве. Всяко основно енергийно ниво (т.е. всяка стойност на n) се идентифицира с главна буква от азбуката, започваща с буквата K, както е посочено в следната таблица:

Максималният брой електрони се поставя като референция, за да се провери дали няма грешка при преброяването или разпределението на електроните. Един атом може да има по-малко от максимума в последните си електронни обвивки, но никога не може да има повече от това число.

Стъпка #4: Направете диаграма с толкова концентрични кръгове, колкото е периодът, в който е елементът

Като имаме слоеста конфигурация, ние сме готови да изградим атомната диаграма. Просто начертайте поредица от концентрични кръгове около атомното ядро. Трябва да се начертае кръг за всяка обвивка, която съдържа електрони. По този начин, ако конфигурацията на обвивката на атом е K ²   L ⁵ , тогава трябва да се начертаят два кръга, един за обвивката K (n=1) и един за обвивката L (n=2). Броят на електронните слоеве на даден елемент съвпада с периода, в който се намира в периодичната таблица.

Стъпка #5: Започвайки с най-малката обиколка (n=1), разпределете електроните във всяко енергийно ниво, докато всички бъдат изчерпани

Накрая се начертава малък кръг върху всяка от тези обиколки за всеки електрон, който съдържа съответната обвивка. В предишния пример (K ²   L ⁵ ) трябва да поставим два електрона в първия кръг и 5 във втория. Трябва да се положат всички усилия, за да се разпределят електроните възможно най-равномерно.

Примери за изграждане на атомни диаграми на елементите

Водород (H, Z=1)

Брой електрони: 1

Електронна конфигурация (дъждовен метод): 1s ¹

Общ брой електрони на обвивка:

Слоеста електронна конфигурация: K ¹

Брой заети слоеве: 1

Атомна диаграма на водорода:

Кислород (O, Z=8)

Брой електрони: 8

Електронна конфигурация (метод на дъжд): 1s ²   2s ²   2p ⁴

Общ брой електрони на обвивка:

Електронна конфигурация по слоеве: K ²   L ⁶

Брой заети слоеве: 2 (два концентрични кръга)

Атомна диаграма на кислорода:

Натрий (Na, Z=11)

Брой електрони: 11

Електронна конфигурация (метод на дъжд): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ¹

Общ брой електрони на обвивка:

Електронна конфигурация по слоеве: K ²   L ⁸   M ¹

Брой заети слоеве: 3 (три концентрични кръга)

Атомна диаграма на натрий:

Алуминий (Al, Z=13)

Брой електрони: 13

Електронна конфигурация (метод на дъжд): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ¹

Общ брой електрони на обвивка:

Електронна конфигурация по слоеве: K ²   L ⁸   M ³

Брой заети слоеве: 3 (три концентрични кръга)

Атомна диаграма на алуминия:

Фосфор (P, Z=15)

Брой електрони: 15

Електронна конфигурация (метод на дъжд): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ³

Общ брой електрони на обвивка:

Електронна конфигурация по слоеве: K ²   L ⁸   M ⁵

Брой заети слоеве: 3 (три концентрични кръга)

Атомна диаграма на фосфора:

Калций (Ca, Z=20)

Брой електрони: 20

Електронна конфигурация (метод на дъжд): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²

Общ брой електрони на обвивка:

Слоеста електронна конфигурация: K ²   L ⁸   M ⁸   N ²

Брой заети слоеве: 4 (четири концентрични кръга)

Атомна диаграма на калций:

Цинк (Zn, Z=30)

Брой електрони: 30

Електронна конфигурация (метод на дъжд): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰

Общ брой електрони на обвивка:

Слоеста електронна конфигурация: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ²

Брой заети слоеве: 4 (четири концентрични кръга)

Атомна диаграма на цинка:

Германий (Ge, Z=32)

Брой електрони: 32

Електронна конфигурация (метод на дъжд): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ²

Общ брой електрони на обвивка:

Електронна конфигурация по слоеве: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁴

Брой заети слоеве: 4 (четири концентрични кръга)

Атомна диаграма на германий:

Бром (Br, Z=35)

Брой електрони: 35

Електронна конфигурация (метод на дъжд): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁵

Общ брой електрони на обвивка:

Електронна конфигурация по слоеве: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁷

Брой заети слоеве: 4 (четири концентрични кръга)

Атомна диаграма на брома:

Ксенон (Xe, Z=54)

Брой електрони: 54

^{Електронна конфигурация} (метод на дъжд): 1s ²   2s ²   2p ^{6 3s 2}   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁶   5s ²   4d   10 ^5p   6

Общ брой електрони на обвивка:

Електронна конфигурация по слоеве: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ¹⁸   O ⁸

Брой заети слоеве: 5 (пет концентрични кръга)

Атомна диаграма на ксенона:

Препратки

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Химия (11-то издание). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Мигел, Дж. (2020 г., 14 юли). Представяне на атома от атомното число и масовото число с помощта на планетарния модел . SpaceScience.com. https://espaciociencia.com/representacion-del-atomo/

Монтагюд Рубио, Н. (2022 г., 15 февруари). Диаграма на Мьолер: какво представлява, как се използва в химията и примери . Психология и ум. https://psicologiaymente.com/miscelanea/diagrama-moeller

Прототипи, C. L. (nd). Части от дейност по атомна диаграма . Storyboard That. https://www.storyboardthat.com/es/lesson-plans/ensenanza-de-los-atomos/partes-del-%c3%a1tomo