المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية

سياسةُ التفريق في حكومة معاوية
7-4-2016
First Fundamental Theorem of Calculus
20-8-2018
دودة الذرة الأوربية
28-11-2021
أنواع التهاطل النووي - التهاطل العالمي
11-12-2019
أساليب الاتصال الدولي ( بعيدا عن الطرق الدبلوماسية )
15-8-2022
المولى حيدر علي بن نعمة الله
28-7-2017

Electron Configuration Energy Diagrams  
  
4074   02:46 صباحاً   date: 4-11-2020
Author : University of Missouri System
Book or Source : Organic Chemistry ii
Page and Part : .................


Read More
Date: 27-7-2020 925
Date: 10-8-2020 722
Date: 2-9-2018 1283

Electron Configuration Energy Diagrams

We have just seen that electrons fill orbitals in shells and subshells in a regular pattern, but why does it follow this pattern? There are three principles which should be followed to properly fill electron orbital energy diagrams:

  1. The Aufbau principle
  2. The Pauli exclusion principle
  3. Hund’s rule

The overall pattern of the electron shell filling order emerges from the Aufbau principle (German for “building up”):  electrons fill the lowest energy orbitals first. Increasing the principle quantum number, n, increases orbital energy levels, as the electron density becomes more spread out away from the nucleus. In many-electron atoms (all atoms except hydrogen), the energy levels of subshells varies due to electron-electron repulsions. The trend that emerges is that energy levels increase with value of the angular momentum quantum number, l, for orbitals sharing the same principle quantum number, n. This is demonstrated in Figure 1.1, where each line represents an orbital, and each set of lines at the same energy represents a subshell of orbitals. Figure 8.# Generic energy diagram of orbitals in a multi-electron atom.

Figure 1.1. Generic energy diagram of orbitals in a multi-electron atom.

As previously discussed, the Pauli exclusion principle states that we can only fill each orbital with a maximum of two electrons of opposite spin. But how should we fill multiple orbitals of the same energy level within a subshell (eg. The three orbitals in the 2p subshell)? Orbitals of the same energy level are known as degenerate orbitals, and we fill them using Hund’s rule: place one electron into each degenerate orbital first, before pairing them in the same orbital.

Let’s examine a few examples to demonstrate the use of the three principles.

Boron is atomic number 5, and therefore has 5 electrons. First fill the lowest energy 1s orbital with two electrons of opposite spin, then the 2s orbital with 2 electrons of opposite spin and finally place the last electron into any of the three degenerate 2p orbitals (Figure 1.2).

Figure 8.#. Boron electron configuration energy diagram

Figure 1.2. Boron electron configuration energy diagram

Moving across the periodic table, we follow Hund’s rule and add an additional electron to each degenerate 2p orbital for each subsequent element (Figure 1.3). At oxygen we can finally pair up and fill one of the degenerate 2p orbitals.

Figure 8.#. Electron configuration energy diagrams for carbon, nitrogen and oxygen.

Figure 1.3. Electron configuration energy diagrams for carbon, nitrogen and oxygen.

Key Takeaways

  • The Pauli exclusion principle limits the number of electrons in the subshells and shells.
  • Electrons in larger atoms fill shells and subshells in a regular pattern that we can follow.
  • Electron configurations are a shorthand method of indicating what subshells electrons occupy in atoms.
  • Abbreviated electron configurations are a simpler way of representing electron configurations for larger atoms.
  • Exceptions to the strict filling of subshells with electrons occur.
  • Electron configurations are assigned from lowest to highest energy following the Aufbau principle
  • One electron is placed in each degenerate orbital before pairing electrons following Hund’s rule.
  • Electron configuration energy diagrams follow three principles: the Aufbau principle, the Pauli exclusion principle and Hund’s rule.

Exercises

  1. Give two possible sets of four quantum numbers for the electron in an H atom.

  2. Give the possible sets of four quantum numbers for the electrons in a Li atom.

  3. How many subshells are completely filled with electrons for Na? How many subshells are unfilled?

  4. How many subshells are completely filled with electrons for Mg? How many subshells are unfilled?

  5. What is the maximum number of electrons in the entire n = 2 shell?

  6. What is the maximum number of electrons in the entire n = 4 shell?

  7. Write the complete electron configuration for each atom.

a)  Si, 14 electrons

b)  Sc, 21 electrons

8.  Write the complete electron configuration for each atom.

a)  Br, 35 electrons

b)  Be, 4 electrons

9.  Write the complete electron configuration for each atom.

a)  Cd, 48 electrons

b)  Mg, 12 electrons

10.  Write the complete electron configuration for each atom.

a)  Cs, 55 electrons

b)  Ar, 18 electrons

11.  Write the abbreviated electron configuration for each atom in Exercise 7.

12.  Write the abbreviated electron configuration for each atom in Exercise 8.

13.  Write the abbreviated electron configuration for each atom in Exercise 9.

14.  Write the abbreviated electron configuration for each atom in Exercise 10.

15.   Draw electron configuration energy diagrams for potassium, and bromine.

Answers

1.

{1, 0, 0, 1/2} and [1, 0, 0, −1/2}

3.

Three subshells (1s, 2s, 2p) are completely filled, and one shell (3s) is partially filled.

5.

8 electrons

7.

a)  1s22s22p63s23p2

b)  1s22s22p63s23p64s23d1

9.

a)  1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10

b)  1s22s22p63s2

11.

a)  [Ne]3s23p2

b)  [Ar]4s23d1

13.

a)  [Kr]5s24d10

b)  [Ne]3s2

15.

Electron_configuration_potassium.svg

 

1000px-Electron_configuration_bromine.svg

  1. Orbital representation diagram for potassium, depicting each orbital as a line. AdrignolaPublic domain
  2. Orbital representation diagram for bromine, depicting each orbital as a line. AdrignolaPublic domain



هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .