Schemat Moellera w tym, co składa i rozwiązał ćwiczenia

The Schemat Moellera lub metoda deszczu jest graficzną i mnemotechniczną metodą uczenia się reguły Madelunga; czyli jak napisać elektroniczną konfigurację elementu. Charakteryzuje się śledzeniem przekątnych przez kolumny orbitali i zgodnie z kierunkiem strzałki ustalana jest ich odpowiednia kolejność dla atomu.

W niektórych częściach świata schemat Moellera jest również znany jako metoda deszczu. Poprzez to definiuje się porządek w wypełnianiu orbitali, które są również definiowane przez trzy liczby kwantowe n, l i ml.

Na górnym obrazie pokazano prosty schemat Moellera. Każda kolumna odpowiada różnym orbitalom: s, p, d oraz f, z ich odpowiednimi poziomami energii. Pierwsza strzałka wskazuje, że wypełnienie dowolnego atomu musi zaczynać się od orbitalu 1s.

Zatem następna strzałka musi zaczynać się od orbity 2s, a następnie od 2p przechodzącej przez orbitę 3s. W ten sposób, jak gdyby był to deszcz, orbitale i liczba elektronów, które przechowują, są rejestrowane (4l+2).

Diagram Moellera stanowi wprowadzenie dla tych, którzy studiują konfiguracje elektroniczne.

Indeks

• 1 Czym jest diagram Moellera?
  • 1.1 Reguła Madelunga
  • 1.2 Kroki do naśladowania
• 2 rozwiązane ćwiczenia
  • 2.1 Beryl
  • 2.2 Fosfor
  • 2.3 Cyrkon 
  • 2.4 Iridium
  • 2.5 Wyjątki od schematu Moellera i reguły Madelunga
• 3 referencje

Czym jest diagram Moellera?

Reguła Madelunga

Ponieważ diagram Moellera składa się z graficznego przedstawienia reguły Madelunga, należy wiedzieć, jak działa ten ostatni. Wypełnianie orbitali musi być zgodne z następującymi dwoma zasadami:

-Orbitale o najniższych wartościach n+l najpierw się zapełniają, będąc n główna liczba kwantowa i l Orbitalny moment pędu Na przykład orbital 3d odpowiada n= 3 i l= 2 dlatego, n+l= 3 + 2 = 5; podczas gdy orbital 4s odpowiada n= 4 i l= 0 i n+l= 4 + 0 = 4. Z powyższego wynika, że ​​elektrony wypełniają orbitę 4s najpierw niż 3d.

-Jeśli dwa orbitale mają tę samą wartość n+l, elektrony zajmą najpierw ten o najniższej wartości n. Na przykład orbital 3d ma wartość n+l= 5, podobnie jak orbital 4p (4 + 1 = 5); ale ponieważ 3d ma najniższą wartość n, najpierw wypełni 4p.

Z dwóch poprzednich obserwacji można osiągnąć następującą kolejność wypełniania orbitali: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p.

Po tych samych krokach dla różnych wartości n+l dla każdej orbity uzyskiwane są konfiguracje elektroniczne innych atomów; które z kolei można również określić graficznie za pomocą diagramu Moellera.

Kroki do naśladowania

Reguła Madelunga ustanawia wzór n+l, z którym konfiguracja elektroniczna może być „uzbrojona”. Jednakże, jak stwierdzono, diagram Moellera już to graficznie przedstawia; więc po prostu podążaj za kolumnami i rysuj po przekątnej krok po kroku.

Jak zacząć od konfiguracji elektronicznej atomu? Aby to zrobić, musisz najpierw znać jego liczbę atomową Z, która z definicji dla neutralnego atomu jest równa liczbie elektronów.

Tak więc, dzięki Z, otrzymujesz liczbę elektronów i mając to na uwadze, zaczynasz rysować przekątne za pomocą diagramu Moellera.

Orbitale mogą pomieścić dwa elektrony (stosując wzór 4)l+2), p sześć elektronów, dziesięć d i f czternaście. Zatrzymuje się na orbicie, gdzie zajęty był ostatni elektron podany przez Z..

W celu uzyskania dalszych wyjaśnień poniżej przedstawiono serię rozwiązanych ćwiczeń.

Rozwiązane ćwiczenia

Beryl

Używając układu okresowego, element berylu znajduje się z Z = 4; to znaczy, że jego cztery elektrony muszą być umieszczone w orbitali.

Począwszy od pierwszej strzałki na diagramie Moellera, orbital 1s zajmuje dwa elektrony: 1s²; następnie orbital 2s, z dwoma dodatkowymi elektronami, aby dodać 4 w sumie: 2s².

Dlatego konfiguracja elektronowa berylu wyrażona jako [Be] wynosi 1s²2s². Zauważ, że suma indeksu górnego jest równa liczbie elektronów całkowitych.

Fosfor

Element fosforu ma Z = 15, a zatem ma w sumie 15 elektronów, które muszą zajmować orbitale. Aby przejść do przodu, zaczynasz od razu z konfiguracją 1s²2s², który zawiera 4 elektrony. Wtedy zabrakłoby 9 kolejnych elektronów.

Po orbicie 2s następna strzałka „wchodzi” przez orbitę 2p, ostatecznie wpadając w orbitę 3s. Ponieważ orbitale 2p mogą zajmować 6 elektronów, a elektrony 3s 2, mamy: 1s²2s²2p⁶3s².

Nadal brakuje trzech elektronów, które zajmują kolejną orbitę 3p zgodnie ze schematem Moellera: 1s²2s²2p⁶3s²3p³, elektroniczna konfiguracja luminoforu [P].

Cyrkon

Cyrkon ma Z = 40. Skrócenie ścieżki z konfiguracją 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶, przy 18 elektronach (gaz szlachetny argonu) brakowało 22 elektronów. Po orbicie 3p następujące wypełnienia zgodnie ze schematem Moellera to orbitale 4s, 3d, 4p i 5s.

Wypełniając je całkowicie, czyli 4s², 3d¹⁰, 4p⁶ i 5s², dodaje się w sumie 20 elektronów. Pozostałe 2 elektrony są zatem umieszczone w następnym orbicie: 4d. Zatem elektroniczna konfiguracja cyrkonu [Zr] wynosi: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d².

Iridium

Iridium ma Z = 77, więc ma 37 dodatkowych elektronów w odniesieniu do cyrkonu. Począwszy od [Cd], czyli 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰, musisz dodać 29 elektronów za pomocą następujących orbitali diagramu Moellera.

Nowe orbitale śledzą nowe przekątne: 5p, 6s, 4f i 5d. Wypełniając całkowicie trzy pierwsze orbitale mamy: 5p⁶, 6s² i 4f¹⁴, dać w sumie 22 elektrony.

Brakuje więc 7 elektronów, które znajdują się w orbicie 5d: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d⁷.

Poprzednia to elektroniczna konfiguracja irydu, [Go]. Zauważ, że orbitale 6s² i 5d⁷ są wyróżnione pogrubieniem, aby wskazać, że odpowiadają one odpowiednio warstwie walencyjnej tego metalu.

Wyjątki od diagramu Moellera i reguły Madelunga

W układzie okresowym jest wiele elementów, które nie spełniają tego, co zostało wyjaśnione. Ich konfiguracje elektroniczne różnią się eksperymentalnie od przewidywanych z powodów kwantowych.

Wśród elementów, które przedstawiają te niezgodności, są: chrom (Z = 24), miedź (Z = 29), srebro (Z = 47), rod (Z = 45), cer (Z = 58), niob (Z = 41) i wiele innych.

Wyjątki są bardzo częste przy wypełnianiu orbitali d i f. Na przykład chrom powinien mieć konfigurację walencyjną 4s²3d⁴ zgodnie ze schematem Moellera i zasadą Madelunga, ale tak naprawdę jest 4s¹3d⁵.

Ponadto i ostatecznie konfiguracja walencyjna srebra powinna wynosić 5s²4d⁹; ale to naprawdę 5s¹4d¹⁰.

Referencje

1. Gavira J. Vallejo M. (6 sierpnia 2013 r.). Wyjątki od reguły Madelunga i diagram Moellera w elektronicznej konfiguracji pierwiastków chemicznych. Odzyskany z: triplenlace.com
2. Misuperclase (s.f.) Co to jest konfiguracja elektroniczna? Źródło: misuperclase.com
3. Wikipedia. (2018). Schemat Moellera. Źródło: en.wikipedia.org
4. Manekiny (2018). Jak przedstawiać elektrony na diagramie poziomu energii. Źródło: dummies.com
5. Statek R. (2016). Kolejność napełniania stanów elektronowych. Źródło: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu