Izoelektronska vrsta
Izoelektronski delci imajo enako število elektronov in zelo podobno osnovno zasedenost orbital, vendar različno število protonov. Tako lahko izoliramo vpliv jedrskega naboja na velikost in energijo elektronskega oblaka brez sočasne spremembe števila elektronov.
Kaj pomeni izoelektronski
Čist primer so O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺ in Al³⁺: vsi imajo 10 elektronov, torej konfiguracijo 1s²2s²2p⁶. Niso pa isti delci, saj imajo različna jedra in skupne naboje.
Enako število elektronov ne pomeni enakih energij orbital. Naraščajoče število protonov spremeni privlačnost in premakne celoten energijski sistem.
Polmer pada z naraščanjem Z
V vrsti s stalnim številom elektronov večji Z poveča jedrsko privlačnost brez dodatnih elektronov, ki bi povečali zasenčenje. Elektronski oblak se skrči: O²⁻ > F⁻ > Ne > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.
Ta primerjava je močnejša od splošnega gesla „kation manjši, anion večji“, ker je število elektronov nadzorovano in glavna spremenljivka postane število protonov.
Preštej elektrone
Spremeni se tudi vezanost elektronov
Večji Z v izoelektronski vrsti navadno zniža energije elektronov glede na vakuum in jih močneje veže. Odstranitev elektrona iz visoko nabitega kationa je zato precej težja kot iz aniona z enakim številom elektronov.
Ista logika pojasni majhen polmer in visoko gostoto naboja Mg²⁺ ter večjo polarizabilnost O²⁻.
Enako število elektronov ne pomeni enake kemije
Ne je nevtralen žlahtni plin, Na⁺ običajen kation, O²⁻ pa anion, stabiliziran predvsem v ionskem okolju. Enako število elektronov ne odpravi razlik v naboju, solvataciji, mrežni energiji in reaktivnosti.
Izoelektronska vrsta je orodje za nadzorovano primerjavo elektronske strukture, ne trditev o enaki kemiji.
Kako vrsto pravilno sestaviti
Najprej preštejte elektrone: nevtralni atom jih ima Z, pri kationu odštejte pozitivni naboj, pri anionu pa prištejte velikost negativnega naboja. Le delci z enakim rezultatom so izoelektronski.
Nato jih razvrstite po Z. Pri isti konfiguraciji večji Z pomeni močnejšo privlačnost in navadno manjši polmer. Če se glavne lupine razlikujejo, je treba preprosto pravilo znova preveriti.
Kaj ostane enako in kaj se spremeni
V izoelektronski vrsti ostaneta enaka število elektronov in osnovni vzorec zasedenih podlupin. Spreminjajo se število protonov, skupni naboj in energije orbital. Trend polmera zato lahko povežemo predvsem z naraščajočo privlačnostjo jedra.
To je primerjava z nadzorovano spremenljivko: če število elektronov ni več enako ali nastopi druga glavna lupina, moramo znova upoštevati zasenčenje in dejansko zasedenost orbital.
Rešeni primeri
1. O²⁻ / F⁻ / Na⁺ / Mg²⁺
Rešitev
Vsak od teh ionov ima 10 elektronov.
2. Največji polmer
Rešitev
V tej vrsti je največji O²⁻, ker ima najmanjši Z pri enakem številu elektronov.
3. Imata Ne in Na⁺ enako kemijo?
Rešitev
Ne. Sta izoelektronska, vendar se razlikujeta po naboju in energiji.