Iznimke elektronske konfiguracije

Predviđanje Aufbau i stvarno osnovno stanje

Aufbauovo načelo koristan je vodič, ali stvarna konfiguracija atoma najniže je energetsko stanje cijelog višeelektronskog sustava. Pravilo n + ℓ dobro radi u mnogim slučajevima, ali nije nepromjenjiv zakon za svaki atom.

Za krom bi jednostavni dijagram dao [Ar]3d⁴4s², dok je opaženo osnovno stanje [Ar]3d⁵4s¹. Za bakar predviđanje [Ar]3d⁹4s² ustupa konfiguraciji [Ar]3d¹⁰4s¹.

Zašto slogan o polupunoj podljusci nije dovoljan

Korisno je uočiti 3d⁵ kod Cr i 3d¹⁰ kod Cu, ali tvrdnja da su polupune i pune podljuske „magično stabilne“ nije potpuna. Odlučuje ukupna energija: razmak 3d–4s, odbijanje elektrona, izmjena i relaksacija orbitala.

Premještanje jednog elektrona može smanjiti energiju cijelog atoma i kada jednostavan jednoelektronski redoslijed sugerira suprotno. Iznimke je zato bolje razumjeti kao natjecanje bliskih konfiguracija.

Teži prijelazni elementi još su manje pravilni

U serijama 4d i 5d kod Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt i Au zauzeća ns i (n−1)d preuređuju se na različite načine. Paladij je posebno poučan: njegovo osnovno stanje obično se piše [Kr]4d¹⁰ bez 5s elektrona.

Pd pokazuje da ne postoji univerzalno pravilo „premjesti jedan s elektron da dobiješ d⁵ ili d¹⁰“. Kod težih atoma važniji postaju i relativistički pomaci energija s i d orbitala.

Neutralni atom i ion dva su različita pitanja

Iznimku neutralnog atoma ne treba mehanički preslikati na njegove ione. Nakon popunjavanja d podljuske relativne se energije mijenjaju i pri ionizaciji prijelaznih metala ns elektroni se obično uklanjaju prije (n−1)d elektrona.

Cu je [Ar]3d¹⁰4s¹, Cu⁺ je [Ar]3d¹⁰, a Cu²⁺ [Ar]3d⁹. Fe je [Ar]3d⁶4s², dok je Fe²⁺ [Ar]3d⁶. Redoslijed zapisa zato nije uputa za redoslijed ionizacije.

Konfiguracije podupire eksperiment

Elektronske konfiguracije izvode se iz spektroskopije, ionizacijskih energija, magnetskog ponašanja i kvantnih izračuna. Fotoelektronska spektroskopija posebno je korisna jer vezne energije otkrivaju strukturu podljuski.

Kod vrlo teških elemenata neke konfiguracije mogu biti izračunate ili predviđene umjesto izravno izmjerene. Dobra tablica zato razlikuje eksperimentalni i predviđeni status.

Praktičan postupak za zadatke

Najprije sastavite očekivanu konfiguraciju pomoću Aufbaua, Paulija i Hunda. Zatim provjerite poznate iznimke neutralnog atoma. Za ion uklanjajte elektrone prema energetskom rasporedu ioniziranog sustava.

U objašnjenju koristite načelo najniže ukupne energije, a ne ideju apsolutne stabilnosti jedne podljuske. Tako se mogu razumjeti i iznimke izvan jednostavnog uzorka Cr/Cu.

Riješeni primjeri

1. Krom

2. Bakar

3. Cu²⁺