6.9: Elektronové konfigurace a periodická tabulka

Cíle výuky

  • Srovnat uspořádání atomů v periodické tabulce s výsledky v blocích odpovídajících zaplnění orbitalů ns, np, nd a nf

Jak jste se dozvěděli, elektronové konfigurace prvků vysvětlují jinak zvláštní tvar periodické tabulky. Ačkoli byla tabulka původně uspořádána na základě fyzikálních a chemických podobností mezi prvky v rámci skupin, tyto podobnosti lze nakonec přičíst orbitálním energetickým hladinám a Pauliho principu, které způsobují, že jednotlivé podpouzdra jsou vyplněna v určitém pořadí. V důsledku toho lze periodickou tabulku rozdělit do „bloků“, které odpovídají typu vyplňované podpouzdra, jak je znázorněno na obrázku \(\PageIndex{1}\). Například dva sloupce vlevo, známé jako blok s, se skládají z prvků, v nichž jsou vyplněny orbitaly ns. Šest sloupců vpravo, tedy prvky, v nichž jsou vyplňovány orbitaly np, tvoří blok p. Mezi nimi je deset sloupců bloku d, tedy prvků, v nichž jsou vyplněny orbitaly (n – 1)d. Ve spodní části leží 14 sloupců bloku f, tedy prvků, v nichž jsou vyplněny (n – 2)f orbitaly. Protože na jeden orbital lze umístit dva elektrony, je počet sloupců v každém bloku stejný jako maximální elektronová kapacita podskupiny: 2 pro ns, 6 pro np, 10 pro (n – 1)d a 14 pro (n – 2)f. V každém sloupci má každý prvek stejnou valenční elektronovou konfiguraci – například ns1 (skupina 1) nebo ns2np1 (skupina 13). Jak uvidíte, odráží se to v důležitých podobnostech v chemické reaktivitě a vazbě pro prvky v každém sloupci.

alt
Obrázek \(\PageIndex{1}\): Periodická tabulka, která ukazuje, jak jsou prvky rozděleny do skupin podle toho, jakou podskupinu (s, p, d, f) vyplňují elektrony ve valenční slupce každého prvku. Elektronové konfigurace prvků jsou na obrázku 6.9.2.

Protože každý orbital může mít maximálně 2 elektrony, jsou v bloku s 2 sloupce, v bloku p 6 sloupců, v bloku d 10 sloupců a v bloku f 14 sloupců.

Vodík a helium jsou umístěny poněkud libovolně. Přestože vodík není alkalický kov, jeho elektronová konfigurace 1s1 naznačuje podobnost s lithiem (2s1) a ostatními prvky v prvním sloupci. Ačkoli by se helium s vyplněnou elektronovou konfigurací ns mělo chemicky podobat ostatním prvkům s elektronovou konfigurací ns2, jeho chemii dominuje uzavřená hlavní slupka, což odůvodňuje jeho umístění nad neon vpravo.

elektron_config.jpg
Obrázek \(\PageIndex{2}\): Elektronové konfigurace prvků. Elektronové konfigurace prvků označené červenou barvou jsou výjimky kvůli přidané stabilitě spojené s polovičními a zaplněnými slupkami. Elektronové konfigurace prvků vyznačené modře jsou rovněž anomální, ale důvody pozorovaných konfigurací jsou složitější. U prvků za č jsou elektronové konfigurace orientační.

Příklad \(\PageIndex{1}\)

Předpovězte z periodické tabulky valenční elektronovou konfiguraci všech prvků 2. skupiny (beryllium, hořčík, vápník, stroncium, baryum a radium).

Dáno: řada prvků

Zadáno: valenční elektronové konfigurace

Strategie:

  1. Určete blok v periodické tabulce, do kterého patří prvky 2. skupiny. Vyhledejte nejbližší vzácný plyn předcházející každému prvku a určete hlavní kvantové číslo valenční slupky každého prvku.
  2. Napište valenční elektronovou konfiguraci každého prvku tak, že nejprve označíte zaplněné vnitřní slupky pomocí symbolu nejbližšího předcházejícího vzácného plynu a poté uvedete hlavní kvantové číslo jeho valenční slupky, jeho valenční orbitaly a počet valenčních elektronů v každém orbitalu jako horní indexy.

Řešení:

A Prvky skupiny 2 jsou v bloku s periodické tabulky a jako prvky skupiny 2 mají všechny dva valenční elektrony. Začneme-li beryliem, vidíme, že jeho nejbližším předchozím vzácným plynem je helium a že hlavní kvantové číslo jeho valenční slupky je n = 2.

B Berylium má tedy elektronovou konfiguraci s2. Předpokládá se, že další následující prvek, hořčík, bude mít přesně stejné uspořádání elektronů v hlavní slupce n = 3: s2. Extrapolací očekáváme, že všechny prvky skupiny 2 budou mít elektronovou konfiguraci ns2.

Cvičení \(\PageIndex{1}\)

Pomocí periodické tabulky předpovězte charakteristickou valenční elektronovou konfiguraci halogenů skupiny 17.

Odpověď

Všechny mají elektronovou konfiguraci ns2np5, tedy o jeden elektron méně než elektronovou konfiguraci vzácného plynu. (Všimněte si, že těžší halogeny mají také vyplněnou (n – 1)d10 podpouzdra, stejně jako (n – 2)f14 podpouzdra pro Rn; ty však nijak významně neovlivňují jejich chemii.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *