Mini-kurzus
Izoelektronos sor
Izoelektronos részecskék azonos számú elektronnal rendelkeznek, de protonszámuk és így magtöltésük eltérhet. Ez kiváló összehasonlítási helyzet: mivel az elektronszám azonos, a mérettrend fő mozgatója a növekvő magvonzás.
Példa tíz elektronnal
N³⁻, O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ és Mg²⁺ mind 10 elektronnal rendelkezik. Protonszámuk 7-től 12-ig nő. Ugyanazt a nagyjából neonjellegű elektronkonfigurációt egyre nagyobb pozitív magtöltés tartja össze.
Sugártrend
A protonszám növekedésével az elektronfelhő erősebben összehúzódik, ezért az ionsugár csökken. A fenti sorban N³⁻ a legnagyobbak között, Mg²⁺ a legkisebb. Ez a trend sokkal tisztább, mint eltérő elektronszámú atomok közvetlen összevetése.
Miért nem elég csak a töltés jele?
Nem azért kisebb Mg²⁺ pusztán, mert „+2”. A fizikai ok a nagyobb protonszám ugyanannyi elektronra. A formális iontöltés ennek könyvelési következménye: Z−Ne különbsége nagyobb.
Elektronkonfiguráció
Izoelektronos részecskék ugyanazt az orbitál-betöltési mintát mutathatják, de az orbitálenergiák nem azonosak. A nagyobb Z mélyebbre húzza az energiaszinteket, ezért például az elektron eltávolításához szükséges energia is eltér.
Spektrumok nem lesznek azonosak
Azonos elektronszám nem jelenti azonos spektrumot. A magtöltés változása megváltoztatja az energiaszinteket, spin–pálya kölcsönhatást és más finom részleteket. Az „izoelektronos” tehát konfigurációs hasonlóság, nem teljes fizikai azonosság.
Kémiai hasonlóság korlátai
Azonos elektronszám ellenére az ionok töltése, polarizáló képessége és környezettel való kölcsönhatása különbözik. Na⁺ és F⁻ például egyaránt 10 elektronos, mégis teljesen eltérő kémiai szerepet töltenek be.
Hasznos feladattípus
Izoelektronos sor rendezésekor először számold meg az elektronokat, majd csak az azonos elektronszámú részecskéket hasonlítsd össze protonszám szerint. Nagyobb Z → erősebb nettó vonzás → kisebb sugár, ha a konfiguráció valóban azonos.
Ionizációs energia a sorban
Ahogy ugyanannyi elektronra egyre nagyobb protonszám jut, nemcsak a sugár csökken, hanem az elektronok eltávolítása is nehezebbé válhat. Ezért az izoelektronos összehasonlítás egyetlen magtöltési változó mellett egyszerre teszi érthetővé a méret és az energiaszintek trendjét.
Koordinációs kémiai következmény
Azonos elektronszám mellett eltérő ionméret és töltés erősen befolyásolja a hidratációt, rácsenergiát és liganduskötést. A nagyobb töltéssűrűségű kisebb kation például erősebben polarizálhatja a környezetét.
Próbáld ki
Rendezd növekvő sugár szerint: O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺.
Megoldás
Mind 10 elektronos. Protonszám: O 8, F 9, Na 11, Mg 12. Nagyobb Z kisebb sugár, ezért Mg²⁺ < Na⁺ < F⁻ < O²⁻.