Izoelektronová řada
Izoelektronové částice mají stejný počet elektronů a velmi podobné základní obsazení orbitalů, ale liší se počtem protonů. Díky tomu lze izolovat vliv jaderného náboje na velikost a energii elektronového obalu, aniž by se současně měnil počet elektronů.
Co znamená izoelektronový
Čistým příkladem jsou O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺ a Al³⁺: všechny mají 10 elektronů, tedy konfiguraci 1s²2s²2p⁶. Nejde však o stejnou částici, protože mají různá jádra a celkové náboje.
Stejný počet elektronů neznamená stejné energie orbitalů. Rostoucí počet protonů mění přitažlivost a posouvá celý energetický systém.
Poloměr klesá s růstem Z
V řadě s konstantním počtem elektronů zvyšuje větší Z jadernou přitažlivost bez přidání dalších elektronů, které by nově stínily. Elektronový oblak se stahuje: O²⁻ > F⁻ > Ne > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.
Toto porovnání je přesnější než obecné heslo „kation menší, anion větší“, protože počet elektronů je zde kontrolován a hlavní proměnnou je počet protonů.
Spočítejte elektrony
Mění se také vazba elektronů
Vyšší Z v izoelektronové řadě zpravidla snižuje energie elektronů vůči vakuu a váže je pevněji. Odstranit elektron z vysoce nabitého kationtu je proto mnohem obtížnější než z aniontu se stejným počtem elektronů.
Stejná logika pomáhá chápat malý poloměr a vysokou hustotu náboje Mg²⁺ i větší polarizovatelnost O²⁻.
Stejný počet elektronů neznamená stejnou chemii
Ne je neutrální vzácný plyn, Na⁺ běžný kationt a O²⁻ anion stabilizovaný hlavně v iontovém prostředí. Stejný počet elektronů neodstraňuje rozdíly v náboji, solvataci, mřížkové energii a reaktivitě.
Izoelektronová řada je nástroj ke kontrolovanému porovnání elektronové struktury, nikoli tvrzení o stejné chemii.
Jak řadu správně sestavit
Nejprve spočítejte elektrony: neutrální atom má Z elektronů, u kationtu odečtěte kladný náboj a u aniontu přičtěte velikost záporného náboje. Jen částice se stejným výsledkem jsou izoelektronové.
Potom je seřaďte podle Z. Při stejné konfiguraci vede vyšší Z k silnější přitažlivosti a obvykle k menšímu poloměru. U různých hlavních slupek je nutné jednoduché pravidlo znovu ověřit.
Co zůstává stejné a co se mění
V izoelektronové řadě zůstává stejný počet elektronů a základní vzor obsazených podslupek. Mění se počet protonů, celkový náboj a energie orbitalů. Trend poloměru lze proto spojit hlavně s rostoucí přitažlivostí jádra.
Je to srovnání s kontrolovanou proměnnou: jakmile se počet elektronů liší nebo se objeví jiná hlavní slupka, je nutné znovu zahrnout stínění a skutečné obsazení orbitalů.
Řešené příklady
1. O²⁻ / F⁻ / Na⁺ / Mg²⁺
Řešení
Každý z těchto iontů má 10 elektronů.
2. Největší poloměr
Řešení
V této řadě je největší O²⁻, protože má nejnižší Z při stejném počtu elektronů.
3. Mají Ne a Na⁺ stejnou chemii?
Řešení
Ne. Jsou izoelektronové, ale liší se nábojem a energií.