Elektronska konfiguracija

Kako beremo zapis

V zapisu 1s² 2s² 2p⁶ številka označuje glavno lupino n, črka podlupino, eksponent pa število elektronov. Podlupine s, p, d in f vsebujejo 1, 3, 5 in 7 orbital, zato sprejmejo največ 2, 6, 10 in 14 elektronov.

Vsota eksponentov mora biti enaka skupnemu številu elektronov atoma ali iona. Zapis [Ne], [Ar] ali [Kr] je le okrajšava zapolnjenega notranjega jedra žlahtnega plina; ne pomeni drugega modela.

Tri pravila delujejo hkrati

Osnovno stanje je energijsko najnižje razpoložljivo stanje. Elektroni zasedajo orbitale nižje energije, Paulijevo načelo omeji orbitalo na dva elektrona z nasprotnima spinoma, Hundovo pravilo pa degenerirane orbitale najprej zasede posamično.

Pri kisiku 2p⁴ ne dobimo dveh polnih orbital in ene prazne. Nižji energiji ustreza en par in dva nesparjena elektrona; ta podrobnost se pokaže v magnetizmu.

Ioni in vprašanje 4s/3d

Pri kationih glavnih skupin elektrone navadno odstranjujemo iz najvišje zasedene glavne lupine. Na⁺ nastane iz [Ne]3s¹ z izgubo elektrona 3s. Pri prehodnih kovinah se relativne energije orbital med zasedanjem prerazporedijo.

Čeprav se 4s pri K in Ca zasede pred 3d, se po zapolnjevanju 3d pri nastanku kationov praviloma najprej odstranijo elektroni ns. Fe = [Ar]3d⁶4s², Fe²⁺ pa = [Ar]3d⁶.

Izjeme pokažejo meje preprostega diagrama

Cr ima [Ar]3d⁵4s¹, Cu pa [Ar]3d¹⁰4s¹. Ni dovolj reči, da je napol ali povsem zapolnjena podlupina „čarobno stabilna“; 3d in 4s sta energijsko blizu in elektronske interakcije spremenijo vrstni red stanj.

Pravilo n+l in običajna Aufbau shema sta uporabno vodilo, ne brezizjemni temeljni zakon. Pri težjih atomih in ionih imajo eksperimentalni spektroskopski podatki prednost pred mehanskim polnjenjem puščic.

Kaj konfiguracija pove o kemiji

Ponavljajoče se valenčne konfiguracije tvorijo skupine periodnega sistema. Li, Na in K se končajo z ns¹ in pogosto tvorijo katione +1; F in Cl imata podoben zunanji p-vzorec in pogosto sprejmeta elektron.

Število nesparjenih elektronov je povezano z magnetizmom, energije lupin pa se pokažejo v fotoelektronski spektroskopiji. Izoelektronske zvrsti imajo lahko isti zapis, vendar drugačno kemijo zaradi različnega jedrskega naboja. Pri preverjanju konfiguracije je koristno sešteti vse eksponente in jih primerjati s številom elektronov; ta preprosta kontrola odkrije večino napak še pred nadaljnjo kemijsko razlago.

Rešeni primeri