home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter2.3c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  12KB  |  235 lines
  1. à 2.3cèOrbital Diagrams
  2. äèPlease select ê correct orbital diagram for ê followïg aëms or ions ï êir electronic ground
  3. state.
  4. âèWhat is ê orbital diagram for ê ground state electron con-
  5. figuration for silicon, ╢╣Si?èThe configuration for Si is [╢╡Ne]3sì3pì.
  6. The orbital diagrams show more details ç ê fillïg ç ê sublevels.
  7. For Si, ê orbital diagram is: [╢╡Ne] (º¿) (º )(º )(è) .
  8. èèèèèèèèèèèèèèèèèèè ──── ────────────
  9.                 èèèè3sèèè 3p
  10. éS1èIn ê section on electron configurations, we discussed that
  11. ê energy å region ç space that an electron occupies is described by a
  12. a set ç four quantum numbers.èEach electron ï an aëm has a different 
  13. set ç numbers (ê Pauli Exclusion Prïciple).èIn givïg ê electron
  14. configuration usïg ê spdf notation ç ê previous section, we are
  15. specifyïg only two ç ê four quantum numbers.èThe orbital diagrams
  16. show all four quantum numbers: n, l, m, å s.èThe possible values ç n,
  17. l, m, å s through ê n = 3 level are given by ê diagram ï ê
  18. Details ç Section 2.2.èThat diagram shows that when "l" equals 0, "m"
  19. can have only one value; when "l" = 1, "m" can have three values (-1, 0,
  20. +1); å when "l" = 2, "m" can have five values (-2, -1, 0, +1, +2).
  21.  
  22. The orbital diagram for ╢╗S has ê followïg appearance.èWe recognize
  23.             ê 1s, 2s, 2p, 3s, å 3p sublevel from ê 
  24. èèèèè º¿ ºèº    usual sdpf notation ç electronic configurations.
  25.  ºè º¿èè── ── ──    The s sublevels have only one "m" value, which is 
  26. èè ──èèè 3p    zero.èConsequently, we draw only one lïe above
  27.  Eè 3s            ê s sublevels.èThe p sublevel has three "m" 
  28.  Nèèèè º¿ º¿ º¿    sublevels, å we write three lïes above ê 2p
  29.  Eè º¿èè── ── ──    å 3p sublevels ë ïdicate êse "m" values
  30.  Rè ──èèè 2p    (-1, 0, +1).èIf we needed a d sublevel, ên
  31.  Gè 2s            five lïe would be drawn above ê "d" designa-
  32.  Y             tion.è The spï quantum numbers are ïdicated by
  33. èè º¿            arrows.èThe up-arrow means that s = +î/╖, å 
  34. èè ──            ê down-arrow means that s = -î/╖.èWhen placïg
  35. èè 1s            ê electrons ï ê sublevels, we first fill ê
  36.             sublevels havïg ê same energy with spï-up
  37. electrons.èThen we add ê spï-down electrons until we run-out ç elec-
  38. trons.èThe electrons are said ë be "paired" when a sub-sublevel has one
  39. spï-up electron å one spï-down electron.èWhen a sub-sublevel has
  40. only one electron, ê electron is said ë be "unpaired".èAs you can see
  41. from ê diagram, ê electron occupy ê sublevels such that êre is
  42. ê greatest number ç unpaired electrons with spï-up.èThis is known as
  43. Hund's Rule.
  44.  
  45. The oêr possibilities for ê 3p electrons ç sulfur are:
  46.         º¿ º¿èè å躿 ºè¿è.
  47.         ── ── ──èèè ── ── ──
  48. èèèèè     è 3pèèèèèè 3p
  49. The first case is wrong because all ç ê electrons are paired.èThe 
  50. second case is wrong because ê spïs would add up ë zero.èThe ëtal
  51. ç ê spïs should be as high as possible.èWe will get ê greatest
  52. ëtal spï if we first put ê electrons ï with spï-up å ên add ê
  53. spï-down electrons.è(What is wrong with havïg two electrons with ê
  54. same spï ï one sub-sublevel?èThis situation would violate ê Pauli
  55. Exclusion Prïciple.)
  56.  
  57. To conserve space ï ê problems, we will show ê orbital diagrams ï
  58. a slightly different manner.èFor ê sulfur, we would write:
  59.      1sèè 2sèèèè 2pèèèè 3sèèèè 3p
  60.     ────è ────è ────────────è ────è ────────────
  61.     (º¿)è (º¿)è (º¿)(º¿)(º¿)è (º¿)è (º¿)(º )(º )
  62.  
  63. It is undersëod that ê energy is ïcreasïg as we go from left ë
  64. right.
  65.  1èWhat is ê orbital diagram for ╝N ï its ground state?
  66.     èè 1sèè 2sèèèè 2pèèèè 3sèèèè 3p
  67.     èè────è ────è ────────────è ────è ────────────
  68.     A)è(º )è (º )è (º )(º )(º )è (º )è (º )(è)(è)
  69.     B)è(ºº)è (ºº)è (ºº)(º )(è)è (è)è (è)(è)(è)
  70.     C)è(º¿)è (º¿)è (º )(º )(º )è (è)è (è)(è)(è)
  71.     D)è(º¿)è (º¿)è (º )(¿ )(º )è (è)è (è)(è)(è)
  72. üèNiëgen has seven electrons.èIts electronic configuration ï
  73. spdf notation is 1sì2sì2pÄ.èThe 1s å 2s sublevels are filled, so ê
  74. electrons must be paired ï êse levels.èThe 2p sublevel can hold six
  75. electrons, so this sublevel is only half-filled.èSïce êre are three
  76. m values, each sub-sublevel will have one electron.èThe orbital diagram
  77. is:è 1sèè 2sèèèè 2p
  78. èè ────è ────è ────────────
  79. èè (º¿)è (º¿)è (º )(º )(º )
  80. Ç C
  81.  2èWhat is ê orbital diagram for ╢╖Mg ï its ground state?
  82.     èè 1sèè 2sèèèè 2pèèèè 3sèèèè 3p
  83.     èè────è ────è ────────────è ────è ────────────
  84.     A)è(º¿)è (º¿)è (º¿)(º¿)(º¿)è (º¿)è (è)(è)(è)
  85.     B)è(º¿)è (º¿)è (º¿)(º¿)(º¿)è (º )è (º )(è)(è)
  86.     C)è(º¿)è (º¿)è (º¿)(º )(º )è (º )è (º )(º )(º )
  87.     D)è(º¿)è (º¿)è (º¿)(º¿)(º¿)è (º )è (¿ )(è)(è)
  88. üèMagnesium has 12 electrons.èIts electronic configuration ï
  89. spdf notation is 1sì2sì2pæ3sì.èAll sublevels are filled, so ê elecëns
  90. must be paired ï êse levels.èThe orbital diagram is:
  91. èèè1sèè 2sèèèè 2pèèèè 3s
  92. èè ────è ────è ────────────è ────
  93. èè (º¿)è (º¿)è (º¿)(º¿)(º¿)è (º¿)
  94. Ç A
  95.  3èWhat is ê orbital diagram for ╢╝Cl ï its ground state?
  96.     èèèèèèè3sèèèè 3pèèèèèèèè 3d
  97.     èèèèèè ────è ────────────è ────────────────────
  98.     A)è[╢╡Ne]è (º¿)è (º )(º )(º )è (º )(º )(è)(è)(è)
  99.     B)è[╢╡Ne]è (º¿)è (º¿)(º )(º )è (º )(è)(è)(è)(è)
  100.     C)è[╢╡Ne]è (º )è (º )(º )(º )è (º )(º )(º )(è)(è)
  101.     D)è[╢╡Ne]è (º¿)è (º¿)(º¿)(º )è (è)(è)(è)(è)(è)
  102. üèChlorïe has seventeen electrons.èIts electronic configuration
  103. ï spdf notation is 1sì2sì2pæ3sì3pÉ.èRemember that ê superscripts
  104. ïdicate ê number ç electrons ï ê sublevel å that ê super-
  105. scripts must add up ë ê number ç electrons ï ê aëm.èThe 1s, 2s,
  106. 2p, å 3s sublevels are filled, so ê electrons must be paired ï êse
  107. sublevels.èThe 2p sublevel can hold six electrons.èSïce chlorïe has
  108. five 3p electrons, êre must be one unpaired electron.èThe orbital
  109. diagram is:èèèèè 3sèèèè 3p
  110. èèèèèèèèèè ────è ────────────
  111. èèèèèè[╢╡Ne]è (º¿)è (º¿)(º¿)(º )
  112.  
  113. The [╢╡Ne] represents ê non-valence electrons: 1sì2sì2pæ.
  114. Ç D
  115.  4èWhat is ê orbital diagram for ╖║Mn ï its ground state?
  116. èèèèèèèèèèèèèèè3dèèèèèè 4sèèèè 4p
  117.     èèèèèè ────────────────────è ────è ────────────
  118.     A)è[╢╜Ar]è (º )(º )(º )(º )(º )è (º )è (º )(è)(è)
  119.     B)è[╢╜Ar]è (è)(è)(è)(è)(è)è (º¿)è (º¿)(º¿)(º )
  120.     C)è[╢╜Ar]è (º )(º )(º )(º )(º )è (º¿)è (è)(è)(è)
  121.     D)è[╢╜Ar]è (º¿)(º¿)(º )(è)(è)è (º¿)è (è)(è)(è)
  122. üèManganese is ï ê first series ç ê transition metals.èAfter
  123. fillïg ê same levels as argon (1sì2sì2pæ3sì3pæ), ê electrons fill
  124. ê 4s, 3d, å ên ê 4p sublevels.èIn manganese, we need ë account
  125. for seven more electrons after Ar (25-18 = 7). The condensed electronic
  126. configuration ç Mn is [╢╜Ar]4sì3dÉ.èThe 4s sublevel is filled, but ê
  127. 3d sublevel is only half-filled.èUsïg Hund's Rule, we place one elec-
  128. tron ï each sub-sublevel before pairïg up ê electrons.èThe orbital
  129. diagram is:èèèèèèèèè 3dèèèèèè 4s
  130. èèèèèèèèèè ────────────────────è ────è 
  131. èèèèèè[╢╜Ar]è (º )(º )(º )(º )(º )è (º¿)
  132. Do not be confused by my writïg ê 4s after ê 3d.èDo what your
  133. teacher wants.è(Although ê 4s fills before ê 3d, ê 4s energy
  134. level has a higher energy than ê 3d level ï ê transition metals)
  135. Ç C
  136.  5èWhat is ê orbital diagram for ╖╣Cr ï its ground state?
  137. èèèèèèèèèèèèèèè3dèèèèèè 4sèèèè 4p
  138.     èèèèèè ────────────────────è ────è ────────────
  139.     A)è[╢╜Ar]è (º )(º )(º )(º )(º )è (º )è (è)(è)(è)
  140.     B)è[╢╜Ar]è (è)(è)(è)(è)(è)è (º¿)è (º¿)(º )(º )
  141.     C)è[╢╜Ar]è (º )(º )(º )(º )(è)è (º¿)è (è)(è)(è)
  142.     D)è[╢╜Ar]è (º¿)(º¿)(è)(è)(è)è (º¿)è (è)(è)(è)
  143. üèChromium is one ç ê exceptions ë ê normal fillïg pattern.
  144. Chromium has six electrons beyond argon.èThe electrons after Ar fill
  145. ê 4s, 3d, å ên ê 4p sublevels.èThe condensed electronic config-
  146. uration ç Cr is [╢╜Ar]4sî3dÉ.èThe exception is that Cr has only one 4s
  147. electron ïstead ç ê expected two 4s electrons.èThe 3d sublevel is 
  148. only half-filled.èUsïg Hund's Rule, we place one electron ï each sub-
  149. sublevel before pairïg up ê electrons.èThe orbital diagram is:
  150. èèèèèèèèè3dèèèèèè 4s
  151. èèèè ────────────────────è ────è 
  152. [╢╜Ar]è (º )(º )(º )(º )(º )è (º )èè Once agaï, do not be confused
  153. by my writïg ê 4s after ê 3d.èDo what your teacher wants. 
  154. (Although ê 4s fills before ê 3d, ê 4s energy level has a higher
  155. energy than ê 3d level ï ê transition metals.)
  156. Ç A
  157.  6èWhat is ê orbital diagram for ╕╣Se ï its ground state?
  158. èèèèèèèèèèèèèèè3dèèèèèè 4sèèèè 4p
  159.     èèèèèè ────────────────────è ────è ────────────
  160.     A)è[╢╜Ar]è (º¿)(º¿)(º¿)(º¿)(º¿)è (º¿)è (º¿)(º¿)(è)
  161.     B)è[╢╜Ar]è (º¿)(º¿)(º¿)(º¿)(º¿)è (º¿)è (º¿)(º )(º )
  162.     C)è[╢╜Ar]è (º¿)(º¿)(º¿)(º¿)(º¿)è (è)è (º¿)(º¿)(º¿)
  163.     D)è[╢╜Ar]è (º¿)(º¿)(º¿)(º )(º )è (º¿)è (º¿)(º¿)(º¿)
  164. üèSelenium is ï Period 4, Group 16 (or 6A).èThis means that ê
  165. valence electrons are ï ê 4s å 4p sublevels.èThe rare gas precedïg
  166. Se is argon, so ê condensed configuration is [╢╜Ar]3dîò4sì4pÅ.èThis
  167. accounts for ê sixteen electrons after Ar (34-18 = 16).èThe 3d å 4s
  168. sublevels are filled, but ê 4p sublevel is partially filled.èApplyïg
  169. Hund's Rule, we place one electron ï each sub-sublevel before pairïg up
  170. ê electrons.èThe orbital diagram is:
  171. èèèèèèèèèèèèè3dèèèèèè 4sèèèè 4p
  172. èèèèèèèè ────────────────────è ────è ────────────
  173.     [╢╜Ar]è (º¿)(º¿)(º¿)(º¿)(º¿)è (º¿)è (º¿)(º )(º )
  174. Ç B
  175.  7èWhat is ê orbital diagram for ║╢Sb ï its ground state?
  176. èèèèèèèèèèèèèèè4dèèèèèè 5sèèèè 5p
  177.     èèèèèè ────────────────────è ────è ────────────
  178.     A)è[╕╗Kr]è (º¿)(º¿)(º )(º )(º )è (º¿)è (º¿)(º¿)(º¿)
  179.     B)è[╕╗Kr]è (º¿)(º¿)(º¿)(º¿)(º¿)è (º¿)è (º¿)(º )(è)
  180.     C)è[╕╗Kr]è (º¿)(º¿)(º¿)(º¿)(º¿)è (º¿)è (º )(º )(º )
  181.     D)è[╕╗Kr]è (º¿)(º¿)(º¿)(º )(è)è (º¿)è (º¿)(º¿)(º¿)
  182. üèAntimony is ï Period 5, Group 15 (or 5A).èThis means that ê
  183. valence electrons are ï ê 5s å 5p sublevels.èThe rare gas precedïg
  184. Sb is krypën, so ê condensed configuration is [╕╗Kr]4dîò5sì5pÄ.èThis
  185. accounts for ê fifteen electrons after Kr (51-36 = 15).èThe 4d å 5s
  186. sublevels are filled, but ê 5p sublevel is only half-filled.èApplyïg
  187. Hund's Rule, we place one electron ï each sub-sublevel before pairïg up
  188. ê electrons.èThe orbital diagram is:
  189. èèèèèèèèèèèèè4dèèèèèè 5sèèèè 5p
  190. èèèèèèèè ────────────────────è ────è ────────────
  191.     [╢╜Ar]è (º¿)(º¿)(º¿)(º¿)(º¿)è (º¿)è (º )(º )(º )
  192. Ç C
  193.  8èWhat is ê orbital diagram for ╝╣W ï its ground state?
  194. èèèèèèèèèèèèèèèèè5dèèèèèè 6sèèèè 6p
  195.     èèèèèèèè ────────────────────è ────è ────────────
  196.     A)è[║╣Xe]4fîÅè (º¿)(º¿)(è)(è)(è)è (º¿)è (è)(è)(è)
  197.     B)è[║╣Xe]4fîÅè (º )(º )(º )(º )(è)è (º¿)è (è)(è)(è)
  198.     C)è[║╣Xe]4fîÅè (º )(º )(º )(º )(º )è (º )è (è)(è)(è)
  199.     D)è[║╣Xe]4fîÅè (è)(è)(è)(è)(è)è (º¿)è (º¿)(º )(º )
  200. üèTungsten is a transition metal ï Period 6.èThis tells us that
  201. ê electrons are fillïg ê 5d energy level.èThe rare gas precedïg
  202. W is xenon.èAfter xenon, ê electrons fill ê 6s, 4f, å 5d sub-
  203. levels.èWe must account for 20 electrons (74-54 = 20).èThe 6s å 4f
  204. levels will be filled with 2+14 = 16 electrons.èThat leaves 4 elecëns 
  205. ë fill ê 5d sub-sublevels, which can accomodate 10 electrons.èUsïg 
  206. Hund's Rule, we place one electron ï each sub-sublevel before pairïg up
  207. ê electrons.èThe orbital diagram is:
  208. èèèèèèèèèèèèè5dèèèèèè 6s
  209. èèèèèèèè ────────────────────è ────
  210. èè[║╣Xe]4fîÅè (º )(º )(º )(º )(è)è (º¿)
  211. Ç B
  212.  9èWhich one ç ê followïg aëms has only paired electrons ï 
  213. its ground electronic state?
  214.  
  215.     A) ╜O        B) ╢╣Si        C) ╖╖Ti        D) ╕╡Zn
  216. üèAëms with completely filled sublevels will have only paired 
  217. electrons ï êir ground electronic state.èOxygen å silicon have 
  218. partially filled p sublevels.èTitanium has a partially filled set ç
  219. d sublevels.èZïc has completely filled levels.èIts electronic config-
  220. uration is 1sì2sì2pæ3sì3pæ3dîò4sì.èWhen all sublevels are filled, ê
  221. electrons must be paired ï order ë obey ê Pauli exclusion prïciple.
  222. Ç D
  223.  10èHow many unpaired electrons does ╕╖Ge have ï its ground
  224. state?
  225.  
  226.     A) None        B) 2        C) 4        D) 6
  227. üèThe electronic configuration ç Ge is 1sì2sì2pæ3sì3pæ3dîò4sì4pì.
  228. Only ê 4p sublevel is partially filled.èThe p sublevels can hold six
  229. electrons.èThe valence electrons ï germanium, 4sì4pì, fill ê levels
  230. so that êre are two unpaired electrons:è(º¿)è(º )(º )(è).
  231.                     è ────è────────────
  232.                     èè4sèèèè4p
  233. Ç B
  234.  
  235.