Izjeme elektronske konfiguracije

Napoved Aufbau in dejansko osnovno stanje

Aufbauovo načelo je uporaben vodič, dejanska konfiguracija atoma pa je najnižjeenergijsko stanje celotnega večelektronskega sistema. Pravilo n + ℓ deluje v številnih primerih, ni pa nespremenljiv zakon za vsak atom.

Za krom bi preprost diagram dal [Ar]3d⁴4s², opazovano osnovno stanje pa je [Ar]3d⁵4s¹. Pri bakru napoved [Ar]3d⁹4s² odstopi konfiguraciji [Ar]3d¹⁰4s¹.

Zakaj slogan o polzapolnjeni podlupini ni dovolj

Koristno je opaziti 3d⁵ pri Cr in 3d¹⁰ pri Cu, vendar trditev, da so polzapolnjene in zapolnjene podlupine „čarobno stabilne“, ni popolna. Odloča celotna energija: razmik 3d–4s, odboj elektronov, izmenjava in relaksacija orbital.

Premik enega elektrona lahko zniža energijo celotnega atoma, tudi če preprosto enoelektronsko zaporedje nakazuje drugače. Izjeme so zato tekmovanje med bližnjimi konfiguracijami.

Težji prehodni elementi so še manj pravilni

V serijah 4d in 5d se pri Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt in Au zasedenosti ns in (n−1)d preuredijo na različne načine. Paladij je posebej poučen: njegovo osnovno stanje običajno zapišemo [Kr]4d¹⁰ brez elektrona 5s.

Pd pokaže, da ni univerzalnega pravila „premakni en s elektron, da dobiš d⁵ ali d¹⁰“. Pri težkih atomih so pomembni tudi relativistični premiki energij orbital s in d.

Nevtralni atom in ion sta različni vprašanji

Izjeme nevtralnega atoma ne smemo mehansko prenesti na njegove ione. Po zasedbi podlupine d se relativne energije spremenijo in pri ionizaciji prehodnih kovin navadno najprej odstranimo elektrone ns, nato (n−1)d.

Cu je [Ar]3d¹⁰4s¹, Cu⁺ je [Ar]3d¹⁰, Cu²⁺ pa [Ar]3d⁹. Fe je [Ar]3d⁶4s², medtem ko je Fe²⁺ [Ar]3d⁶. Vrstni red zapisa torej ni navodilo za vrstni red ionizacije.

Konfiguracije so podprte z meritvami

Elektronske konfiguracije sklepamo iz spektroskopije, ionizacijskih energij, magnetnega vedenja in kvantnih izračunov. Fotoelektronska spektroskopija je posebej uporabna, ker vezavne energije razkrijejo zgradbo podlupin.

Pri zelo težkih elementih so nekatere dodelitve lahko izračunane ali napovedane namesto neposredno izmerjene. Dobra tabela zato razlikuje eksperimentalno in napovedano stanje.

Praktični postopek za naloge

Najprej z Aufbauom, Paulijem in Hundom sestavite pričakovano konfiguracijo. Nato preverite znane izjeme nevtralnega atoma. Pri ionu odstranjujte elektrone glede na energijsko ureditev ioniziranega sistema.

Pri razlagi uporabite načelo najnižje celotne energije, ne predstave o absolutni stabilnosti ene podlupine. Tako lahko razložite tudi izjeme zunaj preprostega vzorca Cr/Cu.

Rešeni primeri

1. Krom

2. Baker

3. Cu²⁺