6.9: Konfiguracje elektronowe i układ okresowy

Cele nauczania

  • Poprawić układ atomów w układzie okresowym wyniki w blokach odpowiadających wypełnieniu orbitali ns, np, nd, i nf

Jak już się dowiedziałeś, konfiguracje elektronowe pierwiastków wyjaśniają skądinąd osobliwy kształt układu okresowego. Chociaż układ ten był pierwotnie zorganizowany na podstawie fizycznych i chemicznych podobieństw między pierwiastkami w obrębie grup, podobieństwa te można ostatecznie przypisać poziomom energetycznym orbitali i zasadzie Pauliego, które powodują, że poszczególne podpowłoki są wypełnione w określonym porządku. W rezultacie układ okresowy można podzielić na „bloki” odpowiadające rodzajowi wypełnianej podpowłoki, jak pokazano na rysunku. Na przykład, dwie kolumny po lewej stronie, znane jako blok s, składają się z pierwiastków, w których wypełniane są orbitale ns. Sześć kolumn po prawej stronie, elementy, w których wypełniane są orbitale np, stanowią blok p. Pomiędzy nimi znajduje się 10 kolumn bloku d, czyli elementów, w których wypełniane są orbitale (n – 1)d. Na dole znajduje się 14 kolumn bloku f, czyli elementów, w których zapełnione są orbitale (n – 2)f. Ponieważ na jednym orbitalu można zmieścić dwa elektrony, liczba kolumn w każdym bloku jest taka sama jak maksymalna pojemność elektronowa podpowłoki: 2 dla ns, 6 dla np, 10 dla (n – 1)d, i 14 dla (n – 2)f. W obrębie każdej kolumny, każdy element ma taką samą konfigurację elektronów walencyjnych – na przykład ns1 (grupa 1) lub ns2np1 (grupa 13). Jak zobaczysz, jest to odzwierciedlone w ważnych podobieństwach w reaktywności chemicznej i wiązaniu dla pierwiastków w każdej kolumnie.

alt
Figure \(\PageIndex{1}\): Układ okresowy, pokazujący jak pierwiastki są pogrupowane według rodzaju podpowłoki (s, p, d, f) wypełnionej elektronami w powłoce walencyjnej każdego pierwiastka. Konfiguracje elektronowe pierwiastków są na rysunku 6.9.2.

Ponieważ każdy orbital może mieć maksymalnie 2 elektrony, są 2 kolumny w bloku s, 6 kolumn w bloku p, 10 kolumn w bloku d i 14 kolumn w bloku f.

Wodór i hel są umieszczone nieco arbitralnie. Chociaż wodór nie jest metalem alkalicznym, jego konfiguracja elektronowa 1s1 sugeruje podobieństwo do litu (2s1) i innych pierwiastków w pierwszej kolumnie. Chociaż hel, z wypełnioną podpowłoką ns, powinien być podobny chemicznie do innych pierwiastków z konfiguracją elektronową ns2, zamknięta powłoka główna dominuje w jego chemii, uzasadniając umieszczenie go powyżej neonu po prawej stronie.

electron_config.jpg
Figure \(\PageIndex{2}\): Konfiguracje elektronowe pierwiastków. Konfiguracje elektronowe pierwiastków zaznaczone na czerwono są wyjątkami ze względu na dodatkową stabilność związaną z półpełnymi i wypełnionymi podpowłokami. Konfiguracje elektronowe pierwiastków zaznaczonych na niebiesko są również anomaliami, ale przyczyny obserwowanych konfiguracji są bardziej złożone. Dla pierwiastków po No, konfiguracje elektronowe są orientacyjne.

Przykład

Wykorzystaj układ okresowy do przewidzenia konfiguracji elektronów walencyjnych wszystkich pierwiastków grupy 2 (berylu, magnezu, wapnia, strontu, baru i radu).

Dane: szereg pierwiastków

Pytanie o: konfiguracje elektronów walencyjnych

Strategia:

  1. Zidentyfikuj blok w układzie okresowym, do którego należą pierwiastki grupy 2. Zlokalizuj najbliższy gaz szlachetny poprzedzający każdy element i zidentyfikuj główną liczbę kwantową powłoki walencyjnej każdego elementu.
  2. Zapisz konfigurację elektronów walencyjnych każdego elementu, najpierw wskazując wypełnione powłoki wewnętrzne przy użyciu symbolu najbliższego poprzedzającego gazu szlachetnego, a następnie wymieniając główną liczbę kwantową jego powłoki walencyjnej, jego orbitale walencyjne i liczbę elektronów walencyjnych w każdym orbitalu jako indeksy górne.

Rozwiązanie:

A Pierwiastki grupy 2 znajdują się w bloku s układu okresowego, i jako pierwiastki grupy 2, wszystkie mają dwa elektrony walencyjne. Zaczynając od berylu, widzimy, że najbliższym poprzedzającym go gazem szlachetnym jest hel i że główna liczba kwantowa jego powłoki walencyjnej wynosi n = 2.

B Zatem beryl ma konfigurację elektronową s2. Oczekuje się, że następny element w dół, magnez, będzie miał dokładnie taki sam układ elektronów w powłoce głównej n = 3: s2. Przez ekstrapolację oczekujemy, że wszystkie pierwiastki grupy 2 będą miały konfigurację elektronową ns2.

Ćwiczenie

Wykorzystaj układ okresowy, aby przewidzieć charakterystyczną konfigurację elektronów walencyjnych chlorowców w grupie 17.

Odpowiedź

Wszystkie mają konfigurację elektronową ns2np5, jeden elektron brakuje do konfiguracji elektronowej gazu szlachetnego. (Zauważ, że cięższe chlorowce mają również wypełnione (n – 1)d10 podpowłoki, jak również (n – 2)f14 podpowłoki dla Rn; to jednak nie wpływa na ich chemię w żaden znaczący sposób.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *