Izoelektronski niz
Izoelektronske čestice imaju jednak broj elektrona i vrlo sličnu osnovnu popunjenost orbitala, ali različit broj protona. Time se može izdvojiti utjecaj nuklearnog naboja na veličinu i energiju elektronskog oblaka bez istodobne promjene broja elektrona.
Što znači izoelektronski
Čist primjer su O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺ i Al³⁺: svi imaju 10 elektrona, odnosno konfiguraciju 1s²2s²2p⁶. Ipak nisu ista čestica jer imaju različite jezgre i ukupne naboje.
Jednak broj elektrona ne znači jednake energije orbitala. Rastući broj protona mijenja privlačenje i pomiče cijeli energetski sustav.
Polumjer pada s rastom Z
U nizu s konstantnim brojem elektrona veći Z povećava nuklearno privlačenje bez dodavanja novih elektrona koji bi dodatno zasjenjivali. Elektronski oblak se skuplja: O²⁻ > F⁻ > Ne > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.
Ta je usporedba snažnija od općeg pravila „kation manji, anion veći“ jer je broj elektrona kontroliran, a glavna promjenjiva postaje broj protona.
Prebroji elektrone
Mijenja se i vezanost elektrona
Veći Z u izoelektronskom nizu obično snižava energije elektrona u odnosu na vakuum i jače ih veže. Ukloniti elektron iz jako nabijenog kationa zato je mnogo teže nego iz aniona s jednakim brojem elektrona.
Ista logika pomaže razumjeti malen polumjer i veliku gustoću naboja Mg²⁺ te veću polarizabilnost O²⁻.
Jednak broj elektrona ne znači jednaku kemiju
Ne je neutralan plemeniti plin, Na⁺ uobičajen kation, a O²⁻ anion stabiliziran ponajprije u ionskom okolišu. Jednak broj elektrona ne uklanja razlike u naboju, solvataciji, energiji rešetke i reaktivnosti.
Izoelektronski niz alat je za kontroliranu usporedbu elektronske strukture, a ne tvrdnja o jednakoj kemiji.
Kako niz pravilno sastaviti
Najprije prebrojite elektrone: neutralni atom ima Z elektrona, kod kationa oduzmite pozitivan naboj, a kod aniona dodajte veličinu negativnog naboja. Samo čestice s jednakim rezultatom su izoelektronske.
Zatim ih poredajte po Z. Pri istoj konfiguraciji veći Z daje jače privlačenje i obično manji polumjer. Ako se glavne ljuske razlikuju, jednostavno pravilo treba ponovno provjeriti.
Što ostaje isto, a što se mijenja
U izoelektronskom nizu isti su broj elektrona i osnovni obrazac zauzetih podljuski. Mijenjaju se broj protona, ukupni naboj i energije orbitala. Trend polumjera zato se može povezati ponajprije s rastućim privlačenjem jezgre.
To je usporedba s kontroliranom varijablom: čim broj elektrona više nije isti ili se pojavi druga glavna ljuska, ponovno treba uključiti zasjenjenje i stvarnu popunjenost orbitala.
Riješeni primjeri
1. O²⁻ / F⁻ / Na⁺ / Mg²⁺
Rješenje
Svaki od tih iona ima 10 elektrona.
2. Najveći polumjer
Rješenje
U tom je nizu najveći O²⁻ jer ima najmanji Z pri jednakom broju elektrona.
3. Imaju li Ne i Na⁺ jednaku kemiju?
Rješenje
Ne. Izoelektronski su, ali razlikuju se po naboju i energiji.