Elektrónová konfigurácia

Ako čítať zápis

V zápise 1s² 2s² 2p⁶ udáva číslo hlavnú vrstvu n, písmeno podvrstvu a exponent počet elektrónov. Podvrstvy s, p, d a f obsahujú 1, 3, 5 a 7 orbitálov, takže pojmú najviac 2, 6, 10 a 14 elektrónov.

Súčet exponentov musí zodpovedať celkovému počtu elektrónov atómu alebo iónu. Zápis [Ne], [Ar] či [Kr] iba skracuje zaplnené vnútorné vrstvy; nejde o iný model.

Tri pravidlá pôsobia súčasne

Základný stav je energeticky najnižšie dostupné usporiadanie. Elektróny obsadzujú orbitály nižšej energie, Pauliho princíp obmedzuje orbitál na dva elektróny s opačnými spinmi a Hundovo pravidlo najprv obsadzuje degenerované orbitály jednotlivo.

Pri kyslíku 2p⁴ nevzniknú dva plné orbitály a jeden prázdny. Nižšej energii zodpovedá jeden pár a dva nespárované elektróny; tento detail sa prejavuje napríklad v magnetizme.

Ióny a otázka 4s/3d

Pri katiónoch hlavných skupín sa elektróny obyčajne odoberajú z najvyššej obsadenej hlavnej vrstvy. Na⁺ vznikne z [Ne]3s¹ stratou elektrónu 3s. Pri prechodných kovoch sa relatívne energie orbitálov počas obsadzovania menia.

Hoci sa 4s obsadzuje pred 3d pri K a Ca, po obsadení 3d sa pri tvorbe katiónov zvyčajne odoberajú najprv elektróny ns. Fe = [Ar]3d⁶4s², ale Fe²⁺ = [Ar]3d⁶.

Výnimky ukazujú hranice jednoduchého diagramu

Cr má [Ar]3d⁵4s¹ a Cu [Ar]3d¹⁰4s¹. Nestačí tvrdiť, že poloplná alebo plná podvrstva je „magicky stabilná“; 3d a 4s sú energeticky blízko a elektrónové interakcie menia poradie stavov.

Pravidlo n+l a bežná Aufbau schéma sú užitočné vodidlá, nie bezvýnimočný fundamentálny zákon. Pri ťažších atómoch a iónoch majú experimentálne spektroskopické údaje prednosť pred mechanickým vypĺňaním šípok.

Čo konfigurácia hovorí o chémii

Opakujúce sa valenčné konfigurácie vytvárajú skupiny periodickej tabuľky. Li, Na a K končia ns¹ a často tvoria katióny +1; F a Cl majú podobný vonkajší p-vzor a často prijímajú elektrón.

Počet nespárovaných elektrónov súvisí s magnetizmom a energie vrstiev sa prejavia vo fotoelektrónovej spektroskopii. Izoelektrónové častice môžu mať rovnakú konfiguráciu, ale inú chémiu pre odlišný náboj jadra. Pri kontrole konfigurácie pomáha spočítať všetky exponenty a porovnať ich s počtom elektrónov; táto jednoduchá kontrola odhalí väčšinu chýb skôr než ďalšie chemické úvahy.

Vyriešené príklady