Ατομικά διαγράμματα που δείχνουν την πολυεπίπεδη ηλεκτρονική διαμόρφωση των στοιχείων

Τα ατομικά διαγράμματα αποτελούνται από μια απλοποιημένη αναπαράσταση της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης ενός ατόμου κατά στρώματα ή επίπεδα ενέργειας. Είναι ένας πολύ απλός τρόπος για να δείτε τη στιβάδα σθένους ενός στοιχείου καθώς και τον αριθμό των ηλεκτρονίων που υπάρχουν στα εσωτερικά κελύφη, κάτι που είναι χρήσιμο για την πρόβλεψη των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων ενός στοιχείου.

Πώς κατασκευάζονται τα ατομικά διαγράμματα;

Η κατασκευή των ατομικών διαγραμμάτων βασίζεται στην ηλεκτρονική διαμόρφωση του στοιχείου. Είναι μια σχετικά απλή διαδικασία που πραγματοποιείται με τον ίδιο τρόπο για κάθε άτομο του περιοδικού πίνακα. Η διαδικασία είναι η εξής:

Βήμα #1: Γράψτε την ηλεκτρονική διαμόρφωση του στοιχείου

Η ηλεκτρονική διαμόρφωση λαμβάνεται χρησιμοποιώντας τον κανόνα της βροχής και τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων του εν λόγω ατόμου. Αν είναι ουδέτερο άτομο, ο αριθμός των ηλεκτρονίων ταιριάζει με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου. Εάν, από την άλλη πλευρά, είναι ιόν, ο αριθμός των ηλεκτρονίων υπολογίζεται ως ο ατομικός αριθμός μείον το ηλεκτρικό φορτίο του ιόντος (συμπεριλαμβανομένου του πρόσημου του εάν είναι αρνητικό). Δηλαδή, χρησιμοποιείται ο ακόλουθος τύπος:

Μόλις ληφθεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων, κατανέμονται μεταξύ των διαφορετικών υποεπίπεδων του ατόμου, γεμίζοντας πρώτα εκείνα με τη χαμηλότερη ενέργεια μέχρι να γεμίσουν πλήρως πριν προχωρήσουμε στο επόμενο τροχιακό ή υποεπίπεδο. Η σειρά πλήρωσης καθορίζεται από τον κανόνα Madelung, επίσης γνωστό ως κανόνας της βροχής, και σχηματίζεται στο παρακάτω σχήμα:

Δηλαδή, η γέμιση γίνεται σύμφωνα με το άθροισμα των n+l, αντί να θεωρηθεί μόνο το n. Η λίστα όλων των υποφλοιών με τον μέγιστο αριθμό ηλεκτρονίων που χωρούν σε κάθε ένα, σύμφωνα με αυτόν τον κανόνα πλήρωσης, είναι:

Υπάρχουν περισσότερα υποεπίπεδα, αλλά κανένα στοιχείο του περιοδικού πίνακα δεν καταφέρνει να εντοπίσει ηλεκτρόνια σε αυτά.

Βήμα #2: Ομαδοποιήστε τα τροχιακά κατά σειρά αυξανόμενου ενεργειακού επιπέδου

Η πλήρωση των τροχιακών ακολουθώντας τη μέθοδο της βροχής δεν παράγει πάντα την ηλεκτρονική διαμόρφωση που διατάσσεται με βάση το κύριο επίπεδο ενέργειας. Για το λόγο αυτό, αφού συμπληρώσετε τα υποκελύφη, πρέπει να ομαδοποιηθούν με βάση την μη κύρια τιμή κβαντικού αριθμού τους.

Βήμα #3: Προσθέστε τα ηλεκτρόνια σε κάθε επίπεδο ενέργειας για να λάβετε τη διαμόρφωση του κελύφους ηλεκτρονίων

Μόλις ληφθεί η τελική ηλεκτρονική διαμόρφωση, προσθέτουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε όλα τα τροχιακά που υπάρχουν σε κάθε επίπεδο. Με αυτόν τον τρόπο, προκύπτει αυτό που είναι γνωστό ως ηλεκτρονική διαμόρφωση κατά επίπεδα ή κατά στρώματα. Κάθε κύριο ενεργειακό επίπεδο (δηλαδή, κάθε τιμή του n) προσδιορίζεται με ένα κεφαλαίο γράμμα του αλφαβήτου, που αρχίζει με το γράμμα K, όπως υποδεικνύεται στον ακόλουθο πίνακα:

Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων τοποθετείται ως αναφορά για να επαληθευτεί ότι δεν υπήρξε σφάλμα στην καταμέτρηση ή την κατανομή των ηλεκτρονίων. Ένα άτομο μπορεί να έχει λιγότερο από το μέγιστο στα τελευταία ηλεκτρονικά του κελύφη, αλλά ποτέ δεν μπορεί να έχει περισσότερο από αυτόν τον αριθμό.

Βήμα #4: Κάντε ένα διάγραμμα με τόσους ομόκεντρους κύκλους όσο η περίοδος στην οποία βρίσκεται το στοιχείο

Έχοντας την πολυεπίπεδη διαμόρφωση είμαστε έτοιμοι να φτιάξουμε το ατομικό διάγραμμα. Απλώς σχεδιάστε μια σειρά από ομόκεντρους κύκλους γύρω από τον ατομικό πυρήνα. Για κάθε φλοιό που περιέχει ηλεκτρόνια πρέπει να σχεδιάζεται ένας κύκλος. Έτσι, εάν η διαμόρφωση του κελύφους ενός ατόμου είναι K ²   L ⁵ , τότε πρέπει να σχεδιαστούν δύο κύκλοι, ένας για το κέλυφος K (n=1) και ένας για το κέλυφος L (n=2). Ο αριθμός των ηλεκτρονικών στρωμάτων ενός στοιχείου συμπίπτει με την περίοδο στην οποία βρίσκεται στον περιοδικό πίνακα.

Βήμα #5: Ξεκινώντας με τη μικρότερη περιφέρεια (n=1), κατανείμετε τα ηλεκτρόνια σε κάθε επίπεδο ενέργειας μέχρι να εξαντληθούν όλα

Τέλος, σχεδιάζεται ένας μικρός κύκλος σε κάθε μία από αυτές τις περιφέρειες για κάθε ηλεκτρόνιο που περιέχει το αντίστοιχο στρώμα. Στο προηγούμενο παράδειγμα, (K ²   L ⁵ ) πρέπει να τοποθετήσουμε δύο ηλεκτρόνια στον πρώτο κύκλο και 5 στον δεύτερο. Πρέπει να καταβληθεί κάθε δυνατή προσπάθεια για την όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφη κατανομή των ηλεκτρονίων.

Παραδείγματα κατασκευής ατομικών διαγραμμάτων των στοιχείων

Υδρογόνο (H, Z=1)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 1

Ηλεκτρονική διαμόρφωση (μέθοδος βροχής): 1s ¹

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων σε στρώματα: K ¹

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 1

Ατομικό διάγραμμα υδρογόνου:

Οξυγόνο (O, Z=8)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 8

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων (μέθοδος βροχής): 1s ²   2s ²   2p ⁴

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων κατά στρώματα: K ²   L ⁶

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 2 (δύο ομόκεντροι κύκλοι)

Ατομικό διάγραμμα οξυγόνου:

Νάτριο (Na, Z=11)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 11

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων (μέθοδος βροχής): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ¹

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων κατά στρώματα: K ²   L ⁸   M ¹

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 3 (τρεις ομόκεντροι κύκλοι)

Ατομικό διάγραμμα νατρίου:

Αλουμίνιο (Al, Z=13)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 13

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων (μέθοδος βροχής): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ¹

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων κατά στρώματα: K ²   L ⁸   M ³

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 3 (τρεις ομόκεντροι κύκλοι)

Ατομικό διάγραμμα αλουμινίου:

Φώσφορος (P, Z=15)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 15

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων (μέθοδος βροχής): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ³

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων κατά στρώματα: K ²   L ⁸   M ⁵

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 3 (τρεις ομόκεντροι κύκλοι)

Ατομικό διάγραμμα φωσφόρου:

Ασβέστιο (Ca, Z=20)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 20

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων (μέθοδος βροχής): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων σε στρώματα: K ²   L ⁸   M ⁸   N ²

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 4 (τέσσερις ομόκεντροι κύκλοι)

Ατομικό διάγραμμα ασβεστίου:

Ψευδάργυρος (Zn, Z=30)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 30

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων (μέθοδος βροχής): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων σε στρώματα: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ²

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 4 (τέσσερις ομόκεντροι κύκλοι)

Ατομικό διάγραμμα ψευδαργύρου:

Γερμάνιο (Ge, Z=32)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 32

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων (μέθοδος βροχής): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ²

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων κατά στρώματα: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁴

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 4 (τέσσερις ομόκεντροι κύκλοι)

Ατομικό διάγραμμα γερμανίου:

Βρώμιο (Br, Z=35)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 35

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων (μέθοδος βροχής): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁵

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων κατά στρώματα: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁷

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 4 (τέσσερις ομόκεντροι κύκλοι)

Ατομικό διάγραμμα βρωμίου:

Xenon (Xe, Z=54)

Αριθμός ηλεκτρονίων: 54

^{Διαμόρφωση} ηλεκτρονίων (   μέθοδος βροχής): 1s ²   2s ²   2p ^{6 3s 2}   3p ⁶   4s ^{2 3d 10}   4p ⁶   5s ²   4d   10 ^5p   6

Συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων ανά φλοιό:

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων κατά στρώματα: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ¹⁸   O ⁸

Αριθμός κατειλημμένων στρωμάτων: 5 (πέντε ομόκεντροι κύκλοι)

Ατομικό διάγραμμα Xenon:

βιβλιογραφικές αναφορές

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Χημεία (11η έκδ.). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Miguel, J. (2020, 14 Ιουλίου). Αναπαράσταση του ατόμου από τον ατομικό αριθμό και τον μαζικό αριθμό χρησιμοποιώντας το πλανητικό μοντέλο . SpaceScience.com. https://espaciociencia.com/representacion-del-atomo/

Montagud Rubio, N. (2022, 15 Φεβρουαρίου). Διάγραμμα Moeller: τι είναι, πώς χρησιμοποιείται στη Χημεία και παραδείγματα . Ψυχολογία και Νους. https://psicologiaymente.com/miscelanea/diagrama-moeller

Prototypes, C. L. (nd). Μέρη μιας δραστηριότητας ατομικού διαγράμματος . Storyboard Αυτό. https://www.storyboardthat.com/es/lesson-plans/ensenanza-de-los-atomos/partes-del-%c3%a1tomo