SƠ ĐỒ MOELLER: NÓ BAO GỒM NHỮNG GÌ VÀ CÁC BÀI TẬP ĐÃ GIẢI - HÓA HỌC - 2025

Các sơ đồ Moeller hay phương pháp của mưa là một đồ họa và phương pháp ghi nhớ để tìm hiểu những quy tắc Madelung; tức là cách viết cấu hình electron của nguyên tố. Nó được đặc trưng bằng cách vẽ các đường chéo qua các cột của obitan và theo hướng của mũi tên, thứ tự thích hợp của cùng một nguyên tử được thiết lập.

Ở một số nơi trên thế giới, biểu đồ Moeller còn được gọi là phương pháp mưa. Thông qua đó, một thứ tự được xác định trong việc lấp đầy các obitan, cũng được xác định bởi ba số lượng tử n, l và ml.

Nguồn: Gabriel Bolívar

Một sơ đồ Moeller đơn giản được hiển thị trong hình trên. Mỗi cột tương ứng với các obitan khác nhau: s, p, d và f, với mức năng lượng tương ứng của chúng. Mũi tên đầu tiên chỉ ra rằng việc điền vào bất kỳ nguyên tử nào phải bắt đầu bằng quỹ đạo 1s.

Vì vậy, mũi tên tiếp theo phải bắt đầu từ quỹ đạo 2s, và sau đó từ 2p đến quỹ đạo 3s. Bằng cách này, giống như một cơn mưa, các obitan và số electron mà chúng chứa (4 l +2) được ghi nhận.

Biểu đồ Moeller đại diện cho phần giới thiệu dành cho những người nghiên cứu cấu hình electron.

Sơ đồ Moeller là gì?

Quy tắc của Madelung

Vì biểu đồ Moeller bao gồm một biểu diễn đồ họa của quy tắc Madelung, nên cần biết cách thức hoạt động của biểu đồ sau. Việc lấp đầy các obitan phải tuân theo hai quy tắc sau:

- Các obitan có giá trị nhỏ nhất của n + l được điền trước, trong đó n là số lượng tử chính, và l là mômen động lượng của quỹ đạo. Ví dụ, quỹ đạo 3d tương ứng với n = 3 và l = 2, do đó, n + l = 3 + 2 = 5; trong khi đó, quỹ đạo 4s tương ứng với n = 4 và l = 0, và n + l = 4 + 0 = 4. Từ phần trên, người ta xác định rằng các electron điền vào quỹ đạo 4s đầu tiên hơn là quỹ đạo 3d.

-Nếu hai obitan có cùng giá trị n + l thì electron sẽ chiếm vị trí nào có giá trị n thấp nhất trước. Ví dụ, quỹ đạo 3d có giá trị n + l = 5, quỹ đạo 4p (4 + 1 = 5) cũng vậy; nhưng vì 3d có giá trị nhỏ nhất là n nên nó sẽ lấp đầy đầu tiên hơn 4p.

Từ hai lần quan sát trước có thể đạt được thứ tự lấp đầy các obitan sau: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p.

Theo các bước tương tự đối với các giá trị khác nhau của n + l cho mỗi quỹ đạo, cấu hình điện tử của các nguyên tử khác sẽ thu được; do đó cũng có thể được xác định bằng sơ đồ Moeller bằng đồ thị.

Các bước làm theo

Quy tắc Madelung thiết lập công thức n + l, trong đó cấu hình electron có thể được "vũ trang". Tuy nhiên, như đã nói, sơ đồ Moeller đã biểu diễn điều này bằng đồ thị; vì vậy chỉ cần theo dõi các cột của nó và vẽ các đường chéo từng bước.

Làm thế nào để bạn bắt đầu cấu hình điện tử của một nguyên tử? Để làm điều này, trước tiên bạn phải biết số nguyên tử Z của nó, theo định nghĩa của một nguyên tử trung hòa bằng số electron.

Do đó, với Z, chúng ta thu được số electron, và với điều này, chúng ta bắt đầu vẽ các đường chéo thông qua biểu đồ Moeller.

Các obitan s có thể chứa hai electron (áp dụng công thức 4 l +2), p sáu electron, d ten, và f mười bốn. Nó dừng lại ở quỹ đạo mà electron cuối cùng được cung cấp bởi Z đã bị chiếm giữ.

Để rõ hơn, dưới đây là loạt bài giải các bài tập.

Bài tập đã giải

Berili

Sử dụng bảng tuần hoàn, nguyên tố beri có vị trí Z = 4; nghĩa là bốn electron của nó phải được bố trí trong các obitan.

Bắt đầu từ mũi tên đầu tiên trong biểu đồ Moeller, quỹ đạo 1s chiếm hai electron: 1s ² ; tiếp theo là obitan 2s, có thêm 2 electron để tổng cộng là 4: 2s ² .

Do đó, cấu hình electron của beri được biểu thị là 1s ² 2s ² . Lưu ý rằng tổng của các siêu mã bằng tổng số electron.

Trận đấu

Nguyên tố photpho có Z = 15, và do đó có tổng số 15 electron chiếm các obitan. Để tiến lên, bạn bắt đầu cùng một lúc với cấu hình 1s ² 2s ² , trong đó có 4 electron. Khi đó sẽ thiếu 9 electron nữa.

Sau quỹ đạo 2s, mũi tên tiếp theo "đi vào" quỹ đạo 2p, cuối cùng hạ cánh theo quỹ đạo 3s. Vì các obitan 2p có thể chiếm 6 electron và các obitan 3s 2 nên ta có: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² .

Vẫn còn thiếu 3 electron nữa chiếm obitan 3p sau theo sơ đồ Moeller: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ³ , cấu hình electron của phôtôn.

Zirconium

Nguyên tố zirconi có Z = 40. Rút ngắn con đường có cấu hình 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ , có 18 electron (của khí argon) thì sẽ thiếu 22 electron nữa. Sau quỹ đạo 3p, phần tiếp theo cần điền theo biểu đồ Moeller là các obitan 4s, 3d, 4p và 5s.

Làm đầy chúng hoàn toàn, tức là 4s ² , 3d ¹⁰ , 4p ⁶ và 5s ² , tổng cộng 20 electron được thêm vào. 2 electron còn lại do đó được đặt trong quỹ đạo sau: quỹ đạo 4d. Như vậy, cấu hình electron của zirconi là: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² .

Iridi

Iridi có Z = 77, vì vậy nó có thêm 37 electron so với zirconi. Bắt đầu từ, nghĩa là, 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ , chúng ta phải thêm 29 electron với các obitan sau của giản đồ Moeller.

Vẽ các đường chéo mới, các quỹ đạo mới là: 5p, 6s, 4f và 5d. Điền hoàn toàn ba obitan đầu tiên ta có: 5p ⁶ , 6s ² và 4f ¹⁴ , cho tổng số 22 electron.

Vậy còn thiếu 7 electron ở quỹ đạo 5d: 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 .

Trên đây là cấu hình electron của iridi,. Lưu ý rằng các obitan 6s ² và 5d ⁷ được tô đậm để chỉ ra rằng chúng tương ứng đúng với vỏ hóa trị của kim loại này.

Các ngoại lệ đối với sơ đồ Moeller và quy tắc của Madelung

Có rất nhiều nguyên tố trong bảng tuần hoàn không tuân theo những gì vừa được giải thích. Cấu hình electron của chúng khác với thực nghiệm so với những cấu hình được dự đoán vì lý do lượng tử.

Trong số các nguyên tố tạo ra sự khác biệt này là: crom (Z = 24), đồng (Z = 29), bạc (Z = 47), rhodi (Z = 45), xeri (Z = 58), niobi (Z = 41) và nhiều thứ khác nữa.

Các trường hợp ngoại lệ là rất thường xuyên trong việc điền vào các obitan d và f. Ví dụ, crom nên có cấu hình hóa trị 4s ² 3d ⁴ theo sơ đồ của Moeller và quy tắc của Madelung, nhưng thực tế nó là 4s ¹ 3d ⁵ .

Ngoài ra, và cuối cùng, cấu hình hóa trị của bạc phải là 5s ² 4d ⁹ ; nhưng nó thực sự là 5s ¹ 4d ¹⁰ .

Người giới thiệu

1. Gavira J. Vallejo M. (ngày 6 tháng 8 năm 2013). Các ngoại lệ đối với quy tắc Madelung và sơ đồ Moeller trong cấu hình điện tử của các nguyên tố hóa học. Được khôi phục từ: triplenlace.com
2. Lớp cha của tôi. (sf) Cấu hình electron là gì? Phục hồi từ: misuperclase.com
3. Wikipedia. (2018). Sơ đồ Moeller. Phục hồi từ: es.wikipedia.org
4. Hình nộm. (2018). Cách biểu diễn electron trong giản đồ mức năng lượng. Phục hồi từ: dummies.com
5. Nave R. (2016). Thứ tự điền vào các tiểu bang điện tử. Đã khôi phục từ: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu