5.4 – Orbitaldiagrammer og elektronkonfigurationer

Vi kan nu se på, hvordan elektronerne er konfigureret i orbitalerne i et atom. Et orbitaldiagram, viser placeringen af elektronerne i orbitalerne, ordnet efter stigende energi (se figur 5.9). I dette energidiagram kan vi se, at elektronerne i 1s orbitalen, har det laveste energiniveau. Energiniveauet er højere for 2s orbitalen, og endnu højere for 2p orbitalen.

Vi kan starte behandlingen af elektronkonfigurationen, ved at bruge orbitaldiagrammer, i hvilke kasser repræsenterer orbitalerne. Enhver orbital, kan maksimalt indeholde to elektroner.

For at tegne et orbitaldiagram, fyldes orbitalerne med lavest energiniveau først. For eksempel kan vi tegne orbitaldiagrammet for carbon. Carbons atomnummer er 6, hvilket betyder, at carbonatomet har seks elektroner. De første 2 elektroner, fylder 1s orbitalen; de næste to, fylder 2s orbitalen. I orbitaldiagrammet, vises de to elektroner i 1s og 2s orbitalerne, med modsatrettet spin; den første pil peger op, den anden ned. De sidste to elektroner, begynder at fylde 2p underniveauet, som har det næstlaveste energiniveau. Der er imidlertid tre 2p orbitaler med samme energiniveau. Fordi de negativt ladede elektroner frastøder hinanden, placerer de sig i separate 2p orbitaler. Med få undtagelser (som vi vil fortælle om senere i dette kapitel), fyldes lavere energiniveauer først, og så begynder elektronerne at fylde det næstlaveste energiniveau der er til rådighed, indtil alle elektronerne er placeret.

Elektronkonfiguration

Kemikere bruger en notation kaldet elektronkonfiguration, til at indikerer placeringen af elektronerne i et atom, ordnet efter stigende energi. Elektronkonfigurationen skrives med det laveste ennergiundernuveau først, fulgt af det næstlaveste energiunderniveau. Antallet af elektroner i hvert underniveau, skrives med hævet skrift.

Elektronkonfiguration for carbon

Periode 1: Hydrogen og helium

Vi vil her tegne orbitaldiagrammer og skrive elektronkonfigurationen for grundstofferne H og He i periode 1. 1s orbitalen (hvilket er 1s underniveauet) skrives først, fordi den har den laveste energi. Hydrogen har en elektron i 1s underniveauet; helium har to. I orbitaldiagrammet, vises elektronerne for helium som pile der peger modsat hinanden.

Grundstof	Atomnummer	Orbitaldragram	Elektronkonfiguration
		1s
H	1		1s1
He	2		1s2

Periode 2: Lithium til neon

Periode 2 begynder med lithium, som har tre elektroner. De første to elektroner fylder 1s orbitalen, mens den tredje begynder at fylde 2s orbitalen, underniveauet med den næst laveste energi. I beryllium, fyldes endnu en elektron i 2s orbitalen, hvorved den fyldes. De næste seks elektroner, bruges til at fylde 2p orbitalen. Elektronerne tilføjes, en ad gangen, fra bor til nitrogen, hvilket giver tre halvfyldte 2p orbitaler. Fordi orbitalerne på det samme underniveau har samme energiniveau, er frastødningen mindre, hvis elektronerne er placeret i separate orbitaler.

Fra oxygen til neon, parres de resterende tre elektroner op, ved at anvende modsatrettet spin, og fylder 2p underniveauet. I opskrivningen af elektronkonfigurationen for grundstofferne i periode 2, begynd med 1s orbitalen, efterfulgt af 2s, og så 2p orbitalerne.

En elektronkonfiguration kan også skrives som en afledt konfiguration. Elektronkonfigurationen fra den foregående ædelgas erstattes, ved at skrive grundstoffets symbol inde i kantede parenteser. For eksempel, kan elektronkonfigurationen for lithium, 1s²2s¹ afledes som [He]2s¹, hvor [He] erstatter 1s².

Grundstof	Atomnummer	Orbitaldiagram			Elektron-konfiguration	Afledt konfiguration
		1s	2s
Li	3				1s22s1	[He]2s1
Be	4				1s22s2	[He]2s2
				2p
B	5				1s22s22p1	[He]2s12p1
C	6				1s22s22p2	[He]2s12p2
				Uparrede elektroner
N	7				1s22s22p3	[He]2s12p3
O	8				1s22s22p4	[He]2s12p4
F	9				1s22s22p5	[He]2s12p5
Ne	10				1s22s22p6	[He]2s12p5

Opgaveeksempel 5.4

Tegning af orbitaldiagrammer Tegn orbitaldiagrammet for nitrogen Løsning Trin 1: Tegn bokse for at repræsentere de brugte orbitaler. Nitrogen har atomnummer 7, hvilket betyder at det har 7 elektroner. Til orbitaldiagrammet, tegner vi bokse der repræsenterer 1s, 2s, og 2p orbitalerne. 1s 2s 2p Trin 2: Placer et par elektroner med modsatrettet spin i hver af de fyldte orbitaler. Først placerer vi et par elektroner med modsatrettet spin i både 1s og 2s orbitalerne. 1s 2s 2p Trin 3: Placer de resterende elektroner i det sidste besatte underniveau, i separate orbitaler. Så placerer vi de sidste tre elektroner i tre separate 2p orbitaler, med pilene tegnet i samme retning. 1s 2s 2p

Periode 3: Natrium til argon

I periode 3, begynder elektronerne at besætte orbitalerne for 3s og 3p underniveauerne, men ikke 3d underniveauet. Bemærk, at grundstofferne natrium til argon, som er direkte under grundstofferne lithium til neon i periode 2, har et lignende mønster i opfyldningen af deres s og p orbitaler. I natrium og magnesium, besætter henholdsvis en og to elektroner 3s orbitalen. Elektronerne for aluminium, silicium og phosphor, besætter separate 3p orbitaler. De resterende elektroner i svovl, chlor og argon, parrer sig op (med modsatrettet spin), med elektronerne der allerede befinder sig i 3p orbitalerne. For de afledte elektronkonfigurationer i periode 3, erstatter symbolet [Ne] 1s²2s²2p⁶.

Grundstof	Atomnummer	Orbitaldiragram			Elektron-konfigutation	Afledt konfiguration
Na	11	[Ne]			1s22s23p63s1	[Ne]3s1
Mg	12	[Ne]			1s22s23p63s2	[Ne]3s2
Al	13	[Ne]			1s22s23p63s23p1	[Ne]3s23p1
Si	14	[Ne]			1s22s23p63s23p2	[Ne]3s23p2
P	15	[Ne]			1s22s23p63s23p3	[Ne]3s23p3
S	16	[Ne]			1s22s23p63s23p4	[Ne]3s23p4
Cl	17	[Ne]			1s22s23p63s23p5	[Ne]3s23p5
Ar	18	[Ne]			1s22s23p63s23p6	[Ne]3s23p6

Opgaveeksempel 5.5

Orbitaldiagrammer og elektronkonfiguration For grundstoffet silicium, tegn eller skriv hver af følgende: a. orbitaldiagram                    b. afledt elektronkonfiguration c. elektronkonfiguration          d. afledt elektronkonfiguration Løsning a. Startende med 1s orbitalen, tilføj parrede elektroner med modsatrettede spin op til (og med) orbitalen 3s. Så placeres de sidste elektroner i separate 3p orbitaler med paralelle spin. 1s 2s 2p 3s 3p Komplet orbitaldiagram for Si b. For silicium, er den foregående ædelgas neon. I det afledte orbitaldiragram, er orbitalerne 1s, 2s, og 2p erstattet af [Ne]. 3s 3p [Ne] c. Elektronkonfigurationen viser elektronerne, som de fylder underniveauerne, ordnet efter stigende energi. De første ti elektroner i silicium vil fylde underniveauerne i periode 1 og 2: 1s2, 2s2, og 2p6. I periode 3, fylder to elektroner 3s underniveauet, og de resterende to elektroner, begynder at fylde 3p underniveauet. 1s22s23p63s23p2          Elektronkonfigurationen for Si d. For silicium, er den foregående ædelgas neon. For at skrive den afledte elektronkonfiguration for silicium, erstatter 1s22s23p6 vi med [Ne]. [Ne]3s23p2          Afledt elektronkonfiguration for Si

5.5 – Eletronkonfigurationer og det periodiske system →