Elektronová konfigurace

Jak číst zápis

V zápisu 1s² 2s² 2p⁶ udává číslo hlavní slupku n, písmeno podslupku a exponent počet elektronů. Podslupky s, p, d a f obsahují 1, 3, 5 a 7 orbitalů, takže pojmou nejvýše 2, 6, 10 a 14 elektronů.

Součet exponentů musí odpovídat celkovému počtu elektronů atomu nebo iontu. Zápis [Ne], [Ar] či [Kr] pouze zkracuje zaplněné vnitřní slupky; nejde o jiný model.

Tři pravidla působí současně

Základní stav je energeticky nejnižší dostupné uspořádání. Elektrony obsazují orbitaly nižší energie, Pauliho princip omezuje orbital na dva elektrony s opačnými spiny a Hundovo pravidlo nejprve obsazuje degenerované orbitaly jednotlivě.

U kyslíku 2p⁴ nevzniknou dva plné orbitaly a jeden prázdný. Nižší energie odpovídá jedné dvojici a dvěma nepárovým elektronům; tento detail se projeví například v magnetismu.

Ionty a otázka 4s/3d

U kationtů hlavních skupin se elektrony obvykle odstraňují z nejvyšší obsazené hlavní slupky. Na⁺ vznikne z [Ne]3s¹ ztrátou elektronu 3s. U přechodných kovů se relativní energie orbitalů během zaplňování mění.

Ačkoli se 4s obsazuje před 3d u K a Ca, po obsazení 3d se při tvorbě kationtů obvykle odstraňují nejprve elektrony ns. Fe = [Ar]3d⁶4s², ale Fe²⁺ = [Ar]3d⁶.

Výjimky ukazují meze jednoduchého schématu

Cr má [Ar]3d⁵4s¹ a Cu [Ar]3d¹⁰4s¹. Nestačí říci, že poloplná či plná podslupka je „magicky stabilní“; orbitaly 3d a 4s jsou energeticky blízko a elektronové interakce mění pořadí stavů.

Pravidlo n+l a běžné Aufbau schéma jsou užitečné vodítko, ne bezvýjimečný fundamentální zákon. U těžších atomů a iontů mají experimentální spektroskopická data přednost před mechanickým vyplňováním šipek.

Co konfigurace říká o chemii

Opakující se valenční konfigurace vytvářejí skupiny periodické tabulky. Li, Na a K končí ns¹ a často tvoří kationty +1; F a Cl mají podobný vnější p-vzor a často přijímají elektron.

Počet nepárových elektronů souvisí s magnetismem a energie slupek se projeví ve fotoelektronové spektroskopii. Izoelektronové částice mohou mít stejnou konfiguraci, ale odlišnou chemii kvůli jinému náboji jádra. Zápis konfigurace je tedy zhuštěný model s měřitelnými důsledky, ne jen seznam pro zapamatování. Při kontrole konfigurace je užitečné sečíst všechny exponenty a porovnat je s počtem elektronů; tato jednoduchá kontrola odhalí většinu chyb ještě před další chemickou interpretací.

Řešené příklady