Isoelektroniset sarjat
Isoelektronisilla lajeilla on sama määrä elektroneja. Kun elektronimäärä pidetään vakiona ja protonilukua muutetaan, saadaan lähes kontrolloitu vertailu, joka paljastaa ydinvarauksen vaikutuksen säteeseen, sitoutumiseen ja polarisoituvuuteen.
Kymmenen elektronin esimerkki
O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ ja Mg²⁺ sisältävät kaikki kymmenen elektronia mutta 8, 9, 10, 11 ja 12 protonia. Siksi saman elektronipilven ydinvetovoima kasvaa sarjan läpi.
Säde
Suurempi Z vetää saman elektronijoukon lähemmäs ydintä. Säde pienenee siten selvästi O²⁻:sta Mg²⁺:aan.
Sitoutumisenergia
Kun ydinvetovoima kasvaa, elektronit ovat yleensä tiukemmin sidottuja. Tämä heijastuu ionisaatioenergioihin ja spektritasoihin, vaikka kokonaisvaraus on huomioitava yksittäisessä prosessissa.
Polarisoituvuus
Pienempi, tiukemmin sidottu elektronipilvi on vaikeampi deformoida ulkoisella kentällä. Polarisoituvuus pienenee siksi usein kasvavan Z:n mukana isoelektronisessa sarjassa.
Hydraatio
Pieni moniarvoinen ioni synnyttää vedessä voimakkaan sähkökentän. Mg²⁺ hydratoituu siksi paljon voimakkaammin kuin Na⁺, vaikka molemmilla on sama elektronimäärä.
Molekyylit
Isoelektronisuus voidaan laajentaa molekyyleihin kuten N₂, CO ja NO⁺. Niillä on sukua olevia orbitaalimalleja, mutta erilaiset ytimet muuttavat dipoleja ja reaktiivisuutta.
Ei sama kuin sama varaus
Isoelektronisilla lajeilla voi olla hyvin erilainen nettovaraus. Vertailun idea on pitää elektronimäärä vakiona ja tarkastella muiden tekijöiden vaikutusta.
Trendin tarkistus
Moniatomisessa ionissa yksityiskohdat monimutkaistuvat, mutta yksiatomisille isoelektronisille lajeille suurempi Z tarkoittaa tavallisesti pienempää säteitä. Poikkeava järjestys on hyvä syy tarkistaa käytetty sädemääritelmä.
Oppimisen hyöty
Sarja erottaa lisäprotonien vaikutuksen uuden pääkuoren vaikutuksesta. Siksi se on yksi puhtaimmista tavoista ymmärtää jaksollista kokoa.
Sama elektronimäärä ei tarkoita samaa kemiaa
Isoelektroninen vertailu on tehokas juuri siksi, että elektronien lukumäärä pidetään vakiona samalla kun ydinvaraus muuttuu. Se eristää yhden tärkeän muuttujan ja tekee sädekehityksestä selkeän. Todellisessa liuoksessa tai kiteessä ympäristö lisää kuitenkin uusia tekijöitä: pieni ja voimakkaasti varautunut ioni sitoo liuotinmolekyylejä tiukasti, jolloin hydratoitunut koko voi poiketa paljaan ionin säteestä. Myös polarisoituvuus pienenee usein, kun elektronipilvi sitoutuu tiukemmin kasvavan ydinvarauksen vaikutuksesta.
Harjoitus
Järjestä O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ ja Mg²⁺ pienenevän säteen mukaan.
Ratkaisu
O²⁻ > F⁻ > Ne > Na⁺ > Mg²⁺, koska elektronimäärä on sama ja Z kasvaa.