MOELLER-DIAGRAMM: WORAUS ES BESTEHT UND ÜBUNGEN GELÖST - CHEMIE - 2025

Das Moeller-Diagramm oder die Methode des Regens ist eine grafische und mnemonische Methode, um die Madelung-Regel zu lernen. das heißt, wie man die Elektronenkonfiguration eines Elements schreibt. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass Diagonalen durch die Säulen der Orbitale gezogen werden und der Pfeilrichtung gefolgt wird, wobei die entsprechende Reihenfolge für ein Atom festgelegt wird.

In einigen Teilen der Welt wird das Moeller-Diagramm auch als Regenmethode bezeichnet. Dadurch wird eine Ordnung in der Füllung der Orbitale definiert, die auch durch die drei Quantenzahlen n, l und ml definiert sind.

Quelle: Gabriel Bolívar

Ein einfaches Moeller-Diagramm ist im obigen Bild dargestellt. Jede Spalte entspricht unterschiedlichen Orbitalen: s, p, d und f mit ihren jeweiligen Energieniveaus. Der erste Pfeil zeigt an, dass die Füllung eines Atoms mit dem 1s-Orbital beginnen muss.

Daher muss der nächste Pfeil vom 2s-Orbital und dann vom 2p bis zum 3s-Orbital beginnen. Auf diese Weise werden wie bei einem Regen die Orbitale und die Anzahl der darin enthaltenen Elektronen (4 l + 2) notiert.

Das Moeller-Diagramm ist eine Einführung für diejenigen, die Elektronenkonfigurationen untersuchen.

Was ist das Moeller-Diagramm?

Madelungs Regel

Da das Moeller-Diagramm aus einer grafischen Darstellung der Madelungschen Regel besteht, muss bekannt sein, wie diese funktioniert. Das Füllen der Orbitale muss den folgenden zwei Regeln entsprechen:

-Die Orbitale mit den niedrigsten Werten von n + l werden zuerst gefüllt, wobei n die Hauptquantenzahl und l der Drehimpuls der Umlaufbahn ist. Zum Beispiel entspricht das 3d-Orbital n = 3 und l = 2, daher ist n + l = 3 + 2 = 5; Währenddessen entspricht das 4s-Orbital n = 4 und l = 0 und n + l = 4 + 0 = 4. Aus dem Obigen wird festgestellt, dass die Elektronen zuerst das 4s-Orbital füllen als das 3d-Orbital.

-Wenn zwei Orbitale den gleichen Wert von n + l haben, besetzen die Elektronen zuerst dasjenige mit dem niedrigsten Wert von n. Zum Beispiel hat das 3d-Orbital einen Wert von n + l = 5, ebenso wie das 4p-Orbital (4 + 1 = 5); Da 3d jedoch den kleinsten Wert von n hat, wird es zuerst als 4p gefüllt.

Aus den beiden vorhergehenden Beobachtungen kann die folgende Reihenfolge der Füllung der Orbitale erreicht werden: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p.

Nach den gleichen Schritten für unterschiedliche Werte von n + l für jedes Orbital werden die elektronischen Konfigurationen anderer Atome erhalten; was wiederum auch durch das Moeller-Diagramm grafisch bestimmt werden kann.

Schritte zum folgen

Madelungs Regel legt die Formel n + l fest, mit der die Elektronenkonfiguration „bewaffnet“ werden kann. Wie bereits erwähnt, stellt das Moeller-Diagramm dies jedoch bereits grafisch dar; Folgen Sie einfach den Spalten und zeichnen Sie Schritt für Schritt Diagonalen.

Wie startet man dann die elektronische Konfiguration eines Atoms? Dazu müssen Sie zunächst die Ordnungszahl Z kennen, die per Definition für ein neutrales Atom der Anzahl der Elektronen entspricht.

Mit Z erhalten wir also die Anzahl der Elektronen, und in diesem Sinne beginnen wir, Diagonalen durch das Moeller-Diagramm zu zeichnen.

Die s-Orbitale können zwei Elektronen aufnehmen (unter Anwendung der Formel 4 l + 2), die p sechs Elektronen, die d zehn und die f vierzehn. Es stoppt am Orbital, wo das letzte von Z gegebene Elektron besetzt ist.

Zur weiteren Verdeutlichung finden Sie unten eine Reihe gelöster Übungen.

Gelöste Übungen

Beryllium

Unter Verwendung des Periodensystems befindet sich das Element Beryllium mit einem Z = 4; Das heißt, seine vier Elektronen müssen in den Orbitalen untergebracht sein.

Beginnend mit dem ersten Pfeil im Moeller-Diagramm belegt das 1s-Orbital zwei Elektronen: 1s ² ; gefolgt vom 2s-Orbital mit zwei zusätzlichen Elektronen, um insgesamt 4 zu addieren: 2s ² .

Daher ist die Elektronenkonfiguration von Beryllium ausgedrückt als 1s ² 2s ² . Beachten Sie, dass die Summe der hochgestellten Zeichen gleich der Anzahl der Gesamtelektronen ist.

Spiel

Das Element Phosphor hat ein Z = 15 und daher insgesamt 15 Elektronen, die die Orbitale besetzen müssen. Um vorwärts zu kommen, beginnen Sie sofort mit der Konfiguration 1s ² 2s ² , die 4 Elektronen enthält. Dann würden 9 weitere Elektronen fehlen.

Nach dem 2s-Orbital "betritt" der nächste Pfeil das 2p-Orbital und landet schließlich im 3s-Orbital. Da die 2p-Orbitale 6 Elektronen und die 3s 2-Elektronen besetzen können, haben wir: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² .

Es fehlen noch 3 weitere Elektronen, die gemäß Moeller-Diagramm das folgende 3p-Orbital einnehmen: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ³ , Elektronenkonfiguration des Leuchtstoffs.

Zirkonium

Das Element Zirkonium hat ein Z = 40. Wenn der Pfad mit der Konfiguration 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ mit 18 Elektronen (die des Edelgases Argon) verkürzt wird, würden 22 weitere Elektronen fehlen. Nach dem 3p-Orbital sind die nächsten 4s-, 3d-, 4p- und 5s-Orbitale gemäß dem Moeller-Diagramm zu füllen.

Wenn sie vollständig gefüllt sind , dh 4s ² , 3d ¹⁰ , 4p ⁶ und 5s ² , werden insgesamt 20 Elektronen hinzugefügt. Die 2 verbleibenden Elektronen befinden sich daher im folgenden Orbital: dem 4d. Somit ist die Elektronenkonfiguration von Zirkonium: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² .

Iridium

Iridium hat ein Z = 77, also 37 zusätzliche Elektronen im Vergleich zu Zirkonium. Ausgehend von 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ müssen wir 29 Elektronen mit den folgenden Orbitalen des Moeller-Diagramms addieren.

Die neuen Orbitale zeichnen neue Diagonalen und sind: 5p, 6s, 4f und 5d. Wenn wir die ersten drei Orbitale vollständig ausfüllen , haben wir: 5p ⁶ , 6s ² und 4f ¹⁴ , um insgesamt 22 Elektronen zu ergeben.

Es fehlen also 7 Elektronen, die sich im 5d-Orbital befinden: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ⁷ .

Das Obige ist die Elektronenkonfiguration von Iridium. Beachten Sie, dass die Orbitale 6s ² und 5d ⁷ fett hervorgehoben sind, um anzuzeigen, dass sie der Valenzschale dieses Metalls richtig entsprechen.

Ausnahmen vom Moeller-Diagramm und der Madelung-Regel

Es gibt viele Elemente im Periodensystem, die nicht dem entsprechen, was gerade erklärt wurde. Ihre Elektronenkonfigurationen unterscheiden sich experimentell von denen, die aus Quantengründen vorhergesagt wurden.

Zu den Elementen, die diese Diskrepanzen aufweisen, gehören: Chrom (Z = 24), Kupfer (Z = 29), Silber (Z = 47), Rhodium (Z = 45), Cer (Z = 58), Niob (Z = 41) und viele mehr.

Ausnahmen sind sehr häufig beim Füllen der d- und f-Orbitale. Zum Beispiel sollte Chrom eine Valenzkonfiguration 4s ² 3d ⁴ gemäß Moellers Diagramm und Madelungs Regel haben, aber es ist tatsächlich 4s ¹ 3d ⁵ .

Auch und schließlich sollte die Valenzkonfiguration von Silber 5s ² 4d ^{9 sein} ; aber es ist wirklich 5s ¹ 4d ¹⁰ .

Verweise

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