Elektronkonfiguratsioon
Elektronkonfiguratsioon kirjeldab, kuidas aatomi elektronid jaotuvad orbitaalidele. Märgid 1s², 2p⁶ ja 3d⁵ ei kujuta trajektoore, vaid kvantolekute hõivatust. Kasulik konfiguratsioon ühendab orbitaalide mahutavuse, Pauli printsiibi, Hundi reegli ja paljuelektronilise aatomi energia.
Visuaalne mudel
Interaktiivne mudel
Alamkihid ja mahutavus
s-alamkihis on üks orbitaal ja kuni 2 elektroni, p-alamkihis kolm orbitaali ja kuni 6, d-alamkihis viis ja kuni 10 ning f-alamkihis seitse ja kuni 14 elektroni. Ülaindeks näitab elektronide arvu selles alamkihis.
Näiteks hapniku põhioleku konfiguratsioon on 1s² 2s² 2p⁴. Kõik kaheksa elektroni on arvestatud ning kõrgeim hõivatud põhikiht on n = 2. Konfiguratsioon ei tähenda, et elektronid oleksid väikestel ringikujulistel radadel.
Aufbau, Pauli ja Hund
Aufbau põhimõte on energia järgi täitmise mudel: põhioleku leidmisel paigutatakse elektronid soodsatesse üheelektronilistesse olekutesse, kuid orbitaalide järjestus tuleneb kogu paljuelektronilisest süsteemist ega ole universaalne kivisse raiutud redel.
Pauli printsiibi järgi ei saa kahel elektronil olla aatomis täpselt sama kvantarvude komplekti; ühes orbitaalis võib seetõttu olla kuni kaks vastassuunalise spinniga elektroni. Hundi reegel soosib degeneratiivsete orbitaalide üksikhõivamist enne paaristamist.
Orbitaaldiagramm teeb p⁴ nähtavaks
Kolmel 2p orbitaalil on sama energia isoleeritud aatomis enne elektron-elektron vastastikmõju arvestamist. Hapniku 2p⁴ korral paigutatakse algul kolm elektroni eri p-orbitaalidele paralleelse spinniga ja neljas peab ühe neist paaristama.
See jaotus aitab mõista paramagnetismi: hapniku aatomil on kaks paaristamata p-elektroni. Lihtne arvuline konfiguratsioon annab elektronide arvu, orbitaaldiagramm lisab info paaristumise kohta.
Ioonid ja siirdemetallid
Põhirühma ioonide puhul eemaldatakse elektronid tavaliselt kõige välisemast hõivatud kihist. Na: [Ne]3s¹ muutub Na⁺: [Ne]. Negatiivse iooni puhul lisatakse elektron sobivasse vaba mahuga olekusse.
Siirdemetallide korral tuleb olla ettevaatlik: kuigi neutraalse aatomi kirjutamisel täitub 4s enne 3d-d, eemaldatakse katiooni moodustumisel 4s elektronid tavaliselt enne 3d elektrone. Fe on [Ar]3d⁶4s², Fe²⁺ aga [Ar]3d⁶.
Erandid ja mõõtmine
Kroomi ja vase põhiolekud on vastavalt ligikaudu [Ar]3d⁵4s¹ ja [Ar]3d¹⁰4s¹, mitte lihtsa Madelungi skeemi mehaanilised ennustused. Põhjus on lähedaste olekute koguenergia, mitte maagiline „pooltäis kiht”.
Elektronkonfiguratsioone kontrollitakse spektroskoopia, ionisatsioonienergiate ja fotoelektronspektroskoopia abil. PES mõõdab elektronide eemaldamiseks vajalikke energiaid ja näitab, et alamkihtide sidumisenergiad sõltuvad konkreetsest aatomist.
Ülesanded
Hapnik
Kirjuta O (Z = 8) põhioleku konfiguratsioon.
Lahendus: 1s² 2s² 2p⁴; 2p alamkihis on kaks paaristamata elektroni.
Naatriumioon
Mis on Na⁺ konfiguratsioon, kui Na on [Ne]3s¹?
Lahendus: Üks 3s elektron eemaldub: Na⁺ = [Ne].
Raud(II)
Fe on [Ar]3d⁶4s². Milline konfiguratsioon on Fe²⁺-l?
Lahendus: Katiooni moodustumisel eemaldatakse kaks 4s elektroni: [Ar]3d⁶.