Изоэлектронный ряд

Классический ряд из 10 электроны

O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺ и Al³⁺ имеют по 10 электроны, но Z=8,9,10,11,12,13.

С ростом Z те же 10 электроны притягиваются сильнее и характерный радиус уменьшается.

Порядок радиусов

Качественная последовательность: O²⁻>F⁻>Ne>Na⁺>Mg²⁺>Al³⁺.

Не нужно запоминать все числа отдельно: при одинаковом количество электронов больший ядерный заряд сильнее сжимает электронное облако.

Как проверить количество электронов

Для катион из атомный номер вычитают положительный заряд: Na⁺ имеет 11−1=10 электроны. Для анион прибавляют величина отрицательного заряда: O²⁻ имеет 8+2=10.

Перед сравнением размеров сначала убедитесь, что вид действительно изоэлектронный.

Одинаковая конфигурация — не одинаковые свойства

У 10-виды электронов базовая конфигурация 1s²2s²2p⁶.

Но орбитальные энергии, радиус и энергия ионизации различаются, потому что ядерный потенциал меняется с Z.

Энергетические следствия

Больший Z обычно сильнее связывает электроны и делает их удаление труднее.

Точная сравнение энергии требует многоэлектронный расчётов, но тенденция радиуса является одним из самых чистых качественных применений Z_эфф.

Другие ряды

N³⁻, O²⁻, F⁻, Ne и Na⁺ также образуют 10-электронная серия. Молекулы CO, N₂ и NO⁺ могут быть изоэлектронный по общее количество электронов.

Для молекул простой аргумент ионного радиуса уже не подходит, потому что меняется ядерная основа.

Типичная ошибка

В изоэлектронная серия нельзя объяснять размер тем, что 'у одной частицы больше электроны': число электроны как раз одинаково.

Главная переменная — число протонов. Более высокий Z стягивает одну и ту же заселенность электронов.

Химические следствия

Одинаковый количество электронов не делает ионы химически одинаковыми: заряжать и радиус меняются, поэтому меняются энергия гидратации, решеточные взаимодействия и сила связывания лиганды.

Изоэлектронный ряд тем и полезен, что показывает влияние число протонов при фиксированной электронной конфигурации.

Разобранный пример