Diagramy atomowe przedstawiające warstwową konfigurację elektronową pierwiastków

Diagramy atomowe składają się z uproszczonej reprezentacji konfiguracji elektronowej atomu według warstw lub poziomów energii. Są bardzo prostym sposobem zobaczenia powłoki walencyjnej pierwiastka, a także liczby elektronów obecnych w powłokach wewnętrznych, co jest przydatne do przewidywania fizycznych i chemicznych właściwości pierwiastka.

Jak zbudowane są diagramy atomowe?

Konstrukcja diagramów atomowych opiera się na konfiguracji elektronowej pierwiastka. Jest to stosunkowo prosty proces, który przeprowadza się w ten sam sposób dla każdego atomu w układzie okresowym. Proces jest następujący:

Krok 1: Napisz konfigurację elektroniczną elementu

Konfigurację elektronową uzyskuje się za pomocą reguły deszczu i całkowitej liczby elektronów danego atomu. Jeśli jest to atom neutralny, liczba elektronów odpowiada liczbie atomowej pierwiastka. Z drugiej strony, jeśli jest to jon, liczbę elektronów oblicza się jako liczbę atomową minus ładunek elektryczny jonu (w tym jego znak, jeśli jest ujemny). Oznacza to, że stosowana jest następująca formuła:

Po uzyskaniu liczby elektronów są one rozdzielane na różne podpoziomy atomu, wypełniając najpierw te o najniższej energii, aż do całkowitego wypełnienia przed przejściem do następnego orbity lub podpoziomu. Kolejność napełniania jest określona przez regułę Madelunga, znaną również jako reguła deszczu, i jest schematycznie przedstawiona na poniższym rysunku:

Oznacza to, że wypełnianie odbywa się zgodnie z sumą n+l, zamiast uwzględniać tylko n. Lista wszystkich podpowłok z maksymalną liczbą elektronów, które mogą zmieścić się w każdej z nich, zgodnie z tą regułą wypełniania, jest następująca:

Podpoziomów jest więcej, ale żadnemu pierwiastkowi w układzie okresowym nie udaje się zlokalizować w nich elektronów.

Krok 2: Pogrupuj orbitale w kolejności rosnącego poziomu energii

Wypełnianie orbitali zgodnie z metodą deszczu nie zawsze daje konfigurację elektronową uporządkowaną według głównego poziomu energii. Z tego powodu po wypełnieniu podpowłok należy je pogrupować według wartości niegłównej liczby kwantowej.

Krok 3: Dodaj elektrony na każdym poziomie energii, aby uzyskać konfigurację powłoki elektronowej

Po uzyskaniu ostatecznej konfiguracji elektronicznej dodajemy liczbę elektronów we wszystkich orbitali obecnych na każdym poziomie. W ten sposób uzyskuje się tak zwaną konfigurację elektronową według poziomów lub warstw. Każdy główny poziom energii (tj. każda wartość n) jest oznaczony wielką literą alfabetu, zaczynającą się od litery K, jak pokazano w poniższej tabeli:

Maksymalna liczba elektronów jest umieszczana jako punkt odniesienia w celu sprawdzenia, czy nie wystąpił błąd w liczeniu lub dystrybucji elektronów. Atom może mieć mniej niż maksimum w swoich ostatnich powłokach elektronicznych, ale nigdy nie może mieć więcej niż ta liczba.

Krok 4: Zrób diagram z tyloma koncentrycznymi okręgami, ile wynosi okres, w którym znajduje się pierwiastek

Dysponując konfiguracją warstwową jesteśmy gotowi do zbudowania diagramu atomowego. Po prostu narysuj serię koncentrycznych okręgów wokół jądra atomowego. Należy narysować okrąg dla każdej powłoki zawierającej elektrony. Tak więc, jeśli konfiguracja powłoki atomu to K ²   L ⁵ , to należy narysować dwa okręgi, jeden dla powłoki K (n=1) i jeden dla powłoki L (n=2). Liczba warstw elektronicznych pierwiastka pokrywa się z okresem, w którym znajduje się on w układzie okresowym.

Krok 5: Rozpoczynając od najmniejszego obwodu (n=1), rozprowadź elektrony na każdym poziomie energii, aż wszystkie zostaną wyczerpane

Na koniec na każdym z tych obwodów rysuje się małe kółko dla każdego elektronu zawierającego odpowiednią powłokę. W poprzednim przykładzie (K ²   L ⁵ ) musimy umieścić dwa elektrony w pierwszym kole i 5 w drugim. Należy dołożyć wszelkich starań, aby rozprowadzić elektrony tak równomiernie, jak to możliwe.

Przykłady budowy diagramów atomowych pierwiastków

Wodór (H, Z=1)

Liczba elektronów: 1

Konfiguracja elektroniczna (metoda deszczowa): 1s ¹

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Warstwowa konfiguracja elektronowa: K ¹

Liczba zajętych warstw: 1

Schemat atomowy wodoru:

Tlen (O, Z=8)

Liczba elektronów: 8

Konfiguracja elektronowa (metoda deszczu): 1s ²   2s ²   2p ⁴

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Konfiguracja elektronowa według warstw: K ²   L ⁶

Liczba zajętych warstw: 2 (dwa koncentryczne okręgi)

Schemat atomowy tlenu:

Sód (Na, Z=11)

Liczba elektronów: 11

Konfiguracja elektronowa (metoda deszczu): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ¹

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Konfiguracja elektronowa według warstw: K ²   L ⁸   M ¹

Liczba zajętych warstw: 3 (trzy koncentryczne okręgi)

Schemat atomowy sodu:

Aluminium (Al, Z=13)

Liczba elektronów: 13

Konfiguracja elektronowa (metoda deszczu): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ¹

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Konfiguracja elektronowa według warstw: K ²   L ⁸   M ³

Liczba zajętych warstw: 3 (trzy koncentryczne okręgi)

Schemat atomowy aluminium:

Fosfor (P, Z=15)

Liczba elektronów: 15

Konfiguracja elektronowa (metoda deszczu): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ³

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Konfiguracja elektronowa według warstw: K ²   L ⁸   M ⁵

Liczba zajętych warstw: 3 (trzy koncentryczne okręgi)

Schemat atomowy fosforu:

Wapń (Ca, Z=20)

Liczba elektronów: 20

Konfiguracja elektronowa (metoda deszczu): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Warstwowa konfiguracja elektronowa: K ²   L ⁸   M ⁸   N ²

Liczba zajętych warstw: 4 (cztery koncentryczne okręgi)

Schemat atomowy wapnia:

Cynk (Zn, Z=30)

Liczba elektronów: 30

Konfiguracja elektronowa (metoda deszczu): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Warstwowa konfiguracja elektronowa: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ²

Liczba zajętych warstw: 4 (cztery koncentryczne okręgi)

Schemat atomowy cynku:

German (Ge, Z=32)

Liczba elektronów: 32

Konfiguracja elektronowa (metoda deszczu): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ²

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Konfiguracja elektronowa według warstw: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁴

Liczba zajętych warstw: 4 (cztery koncentryczne okręgi)

Schemat atomowy germanu:

Brom (Br, Z=35)

Liczba elektronów: 35

Konfiguracja elektronowa (metoda deszczu): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁵

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Konfiguracja elektronowa według warstw: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁷

Liczba zajętych warstw: 4 (cztery koncentryczne okręgi)

Schemat atomowy bromu:

ksenon (Xe, Z=54)

Liczba elektronów: 54

^Konfiguracja elektronowa (metoda deszczu): 1s ²   2s ²   2p ^{6 3s 2}   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁶   5s ²   4d   10 ^5p   6

Całkowita liczba elektronów na powłoce:

Konfiguracja elektronowa według warstw: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ¹⁸   O ⁸

Liczba zajętych warstw: 5 (pięć koncentrycznych kręgów)

Schemat atomowy ksenonu:

Bibliografia

Chang, R. i Goldsby, K. (2013). Chemia (wyd. 11). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Miguel, J. (2020, 14 lipca). Przedstawienie atomu na podstawie liczby atomowej i liczby masowej za pomocą modelu planetarnego . SpaceScience.com. https://espaciociencia.com/representacion-del-atomo/

Montagud Rubio, N. (2022, 15 lutego). Diagram Moellera: co to jest, jak jest używany w chemii i przykłady . Psychologia i umysł. https://psicologiaymente.com/miscelanea/diagrama-moeller

Prototypy, CL (nd). Części działania na diagramie atomowym . Storyboard That. https://www.storyboardthat.com/es/lesson-plans/ensenanza-de-los-atomos/partes-del-%c3%a1tomo