Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Zgodnie z prawem okresowościprawo okresowościprawem okresowości, którego podwaliny stworzył Dmitrija Mendelejew, właściwości pierwiastków zmieniają się periodycznieperiodycznyperiodycznie zgodne ze wzrastająca liczbą atomową.

W układzie okresowym pierwiastków liczba elektronów rośnie w ramach okresu od lewej do prawej, natomiast w ramach grupy – od góry w dół.

Pierwiastki w układzie okresowym są przydzielone do grup i okresów. Grupy te tworzą bloki energetyczne (wyjątkowo hel jest przypisywany do bloku s, a reszta pierwiastków 18 grupy do bloku p). Zazwyczaj atomy pierwiastków tej samej grupy układu okresowego mają podobne konfiguracje elektronów walencyjnych, nie licząc oczywiście zmiany wartości głównej liczby kwantowej, a więc zmiany numeru powłoki. Od tej reguły istnieją oczywiście wyjątki, których liczba rośnie dla pierwiastków o większych liczbach atomowych. Przypomnijmy sobie teraz najważniejsze reguły dotyczących zapisu konfiguracji elektronowej pierwiastków.

Już wiesz

Istnieją trzy ważne zasady zapisu konfiguracji elektronowej pierwiastków:

  • zakaz Pauliego – w atomie nie mogą występować dwa elektrony o takich samych wartościach wszystkich liczb kwantowych;

  • reguła Hunda – orbitale jednej podpowłoki obsadzane są elektronami najpierw pojedynczo (z zachowaniem tej samej orientacji spinu), a dopiero później elektrony są parowane;

  • energia atomu powinna być jak najniższa – elektrony obsadzają powłoki i podpowłoki po kolei, począwszy od tych o najniższych energiach.

bg‑cyan

Konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków należących do grup głównych – 1 i 2

Analizując konfiguracje elektronowe pierwiastków 12 grupy, można zauważyć, że konfiguracja powłoki walencyjnej (kolor niebieski) dla wszystkich pierwiastków w danej grupie jest taka sama (pomijając zmianę numeru powłoki).

RCVMOq7fRVBsU
Konfiguracje elektronowe 1 grupy układu okresowego pierwiastków (ns1): H1: 1s1
Li3: 1s22s1
Na11: 1s22s22p63s1
K19: 1s22s22p63s23p64s1
. . .
Fr87: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s1, Konfiguracje elektronowe 2 grupy układu okresowego pierwiastków (ns2):
Be4: 1s22s2
Mg12: 1s22s22p63s2
Ca20: 1s22s22p63s23p64s2
. . .
Ra88: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s2

Podsumowując, pierwiastki 1 grupy układu okresowego mają jeden elektron walencyjnyelektrony walencyjneelektron walencyjny, natomiast dokładny zapis konfiguracji powłoki walencyjnej w tej grupie ma ogólną postać ns1 (n – oznacza główną liczbę kwantową). W 2. grupie układu okresowego pierwiastków, liczba elektronów walencyjnych wynosi dwa, a konfigurację powłoki walencyjnej ogólnie można zapisać jako ns2. Atomy pierwiastków obu tych grup oraz atom helu mają elektrony walencyjne rozmieszczone jedynie na orbitalu typu s. Dlatego pierwiastki grupy 12 oraz hel należą do bloku energetycznego s (bloku s).

bg‑cyan

Konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków należących do grup 13 do 18

Przeanalizujmy konfiguracje powłok walencyjnych pierwiastków pozostałych grup głównych, a więc 13 do 18 (bez helu). Pominiemy w rozważaniach konfigurację atomów helu, który, jak wcześniej ustaliliśmy, jest zaliczany do bloku s.

Rov83QQw7qe7z
Konfiguracje elektronowe 13 grupy układu okresowego pierwiastków (ns2np1):
B5: 1s22s22p1
Al13: 1s22s22p63s23p1
Ga31: 1s22s22p63s23p64s23d104p1
. . .
, Konfiguracje elektronowe 14 grupy układu okresowego pierwiastków (ns2np2): C6: 1s22s22p2
N14: 1s22s22p63s23p2
Ge32: 1s22s22p63s23p64s23d104p2
. . ., Konfiguracje elektronowe 15 grupy układu okresowego pierwiastków (ns2np3): N7: 1s22s22p3
P15: 1s22s22p63s23p3
A33: 1s22s22p63s23p64s23d104p3
. . ., Konfiguracje elektronowe 16 grupy układu okresowego pierwiastków (ns2np4): O8: 1s22s22p4
S16: 1s22s22p63s23p4
S34: 1s22s22p63s23p64s23d104p4
. . ., Konfiguracje elektronowe 17 grupy układu okresowego pierwiastków (ns2np5): F9: 1s22s22p5
Cl17: 1s22s22p63s23p5
Br35: 1s22s22p63s23p64s23d104p5
. . ., Konfiguracje elektronowe 18 grupy układu okresowego pierwiastków (ns2np6): Ne10: 1s22s22p6
Ar18: 1s22s22p63s23p6
Kr36: 1s22s22p63s23p64s23d104p6
. . .

Wspólną cechą atomów pierwiastków reprezentujących te grupy jest całkowicie zapełniony orbital typu s powłoki walencyjnej i w różnym stopniu zapełniony orbital typu p dla tej powłoki. Dlatego też pierwiastki grup od 13 do 18 włącznie należą do bloku energetycznego p (bloku p). Zwróć uwagę, że liczba elektronów na walencyjnej podpowłoce p jest równa numerowi grupy pominiejszonemu o 12.

bg‑cyan

Konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków należących do grup od 3 do 12

Analizując konfiguracje elektronowe pierwiastków w grupach od 3 do 12, mimo szeregu wyjątków, można wywnioskować, że elektrony walencyjne atomów tych pierwiastków zajmują orbital typu sorbital typu d. Uściślając, elektrony walencyjne występują na orbitalach typu s ostatniej powłoki i orbitalach typu d przedostatniej powłoki. Dlatego pierwiastki tych grup należą do bloku energetycznego d (bloku d).

Konfiguracje elektronowe dla wybranych pierwiastków bloku d należących do 4. okresu:

  • Sc21: 1s22s22p63s23p64s23d1

  • Ti22: 1s22s22p63s23p64s23d2

  • V23: 1s22s22p63s23p64s23d3

  • Cr24: 1s22s22p63s23p64s13d5

  • Mn25: 1s22s22p63s23p64s23d5

  • Fe26: 1s22s22p63s23p64s23d6

  • Co27: 1s22s22p63s23p64s23d7

  • Ni28: 1s22s22p63s23p64s23d8

  • Cu29: 1s22s22p63s23p64s13d10

Jeżeli przyjrzymy się konfiguracjom elektronowym pierwiastków bloku d w 4 okresie, to zauważymy anomalię w sposobie rozmieszczania elektronów w przypadku chromu i miedzi. Z czego to wynika?

Okazuje się bowiem, że na skutek wzajemnego oddziaływania elektronów, zmianie może ulegać energia całego układu. W rezultacie zmienia się kolejność energetyczna  podpowłoki ns w stosunku do (n-1)d. Dlatego w atomach niektórych pierwiastków bloku d następuje zmiana konfiguracji elektronowej, czyli tzw. promocja elektronowapromocja elektronowapromocja elektronowa.

Jak wspomniano, promocję elektronową obserwujemy dla atomu chromu 24Cr:

24Cr: 1s22s22p63s23p64s23d4 promocja Cr24: 1s22s22p63s23p64s13d5

a także dla atomu miedzi Cu29:

Cu29: 1s22s22p63s23p64s23d9 promocja Cu29: 1s22s22p63s23p64s13d10

gdzie jeden z elektronów podpowłoki 4s przechodzi do podpowłoki 3d.

Z powyższych zapisów wynika, że zazwyczaj układy, s1d5 jak i s1d10 są korzystniejsze energetycznie dla atomu niż układy s2d4s2d9, ponieważ orbitale typu d zostają możliwie całkowicie zapełnione.

bg‑cyan

Konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków lantanowców i aktynowców

Elektrony walencyjne pierwiastków należących do bloku f, a wiec tzw. lantanowców i aktynowców mogą zajmować orbitale typu s, typu d i typu f. Uściślając będą to: orbital typu s ostatniej powłoki, orbital typu d przedostatniej powłoki i orbital typu f trzeciej powłoki od końca.

Konfiguracje elektronowe dla wybranych pierwiastków bloku f:

  • Ce58: Xe4f16s25d1;

  • Pm61: Xe4f56s2;

  • Am95: Rn5f67s2;

  • Cm96: Rn5f67s16d1.

bg‑cyan

Bloki energetyczne układu okresowego

Układ okresowy, podzielony na bloki energetyczne, wygląda następująco:

RKGtT0zO92qvH1
Bloki energetyczne układu okresowego pierwiastków
Źródło: Zmodyfikowany, dostępny w internecie: wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Blok s – zawiera pierwiastki grupy 12 oraz He. Konfiguracja ogólna powłoki walencyjnej grupy 1 to ns1, grupy 2He to ns2. Grupa 1 (z wyjątkiem wodoru) i 2 to metale o dużej aktywności chemicznej. Poza H i He, które są niemetalami, pozostałe pierwiastki są elektrododatnie, czyli charakteryzują się niską elektroujemnością.

Blok d – zawiera pierwiastki grup 312. Konfiguracja ogólna powłoki walencyjnej ma postać w różnym stopniu zapełnionych: orbitalu typu s ostatniej powłoki i orbitali typu d przedostatniej powłoki. Ten blok wypełniają pierwiastki o charakterze metalicznym.

Blok p – zawiera pierwiastki grup 1318 (oprócz He). Konfiguracje ogólne powłok walencyjnych tych grup to dla:

  • grupy 13ns2np1;

  • grupy 14ns2np2;

  • grupy 15ns2np3;

  • grupy 16ns2np4;

  • grupy 17ns2np5;

  • grupy 18ns2np5.

W tym bloku występują pierwiastki o charakterze metalicznym, ale także pierwiastki o charakterze niemetalicznym – wśród nich gazy szlachetne.

Blok f – zawiera lantanowce i aktynowce, pierwiastki grup od 13 do 18 okresu 67. Konfiguracja ogólna powłoki walencyjnej zawiera orbital typu s, orbitale typu d i orbitale typu f (4f – lantanowce i 5f – aktynowce).

Polecenie 1

Zapisz konfigurację powłoki walencyjnej atomu indu w formie podpowłokowej.

RloIY6RXU2Wgv
Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu. .
RtLVu89k9s9fm
(Uzupełnij).

Słownik

konfiguracja elektronowa
konfiguracja elektronowa

(łac. configuratio „konfiguracja”) opis atomu polegający na rozkładzie elektronów na podstawie prawdopodobieństwa ich położenia w atomie w funkcji odległości od jądra

elektrony walencyjne
elektrony walencyjne

(ang. electron – 1891 rok – od gr. lambdaepsilonkappataurhoomicronnuḗlektron „bursztyn”) elektrony występujące na zewnętrznych powłokach elektronowych atomu tworzonych przez orbitale o największej energii (dla danego pierwiastka); biorą udział w tworzeniu wiązań chemicznych oraz decydują o właściwościach pierwiastka

prawo okresowości
prawo okresowości

prawo sformułowane po raz pierwszy przez Dmitrija Mendelejewa (1869 rok), w obecnej formie mówiące, że właściwości pierwiastków zmieniają się okresowo po uszeregowaniu ich zgodnie z ciężarem atomowym; na podstawie tego prawa powstała tzw. tablica Mendelejewa – układ okresowy pierwiastków chemicznych

blok energetyczny
blok energetyczny

(niem. Block) grupa pierwiastków chemicznych w układzie okresowym, o takiej samej konfiguracji walencyjnej

periodyczny
periodyczny

(fr. périodique, łac. periodicus, z gr. periodikós „okresowy”) taki, który regularnie się powtarza

promocja elektronowa
promocja elektronowa

pozorna anomalia w sposobie rozmieszczania elektronów walencyjnych atomów niektórych pierwiastków bloku df; w przypadku bloku d polega na przejściu elektronu z podpowłoki ns na podpowłokę n-1d

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1994.

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Chemia ogólna i nieorganiczna, Gdynia 2005.

Kaznowski K., Pazdro K. M., Chemia. Podręcznik do liceów i techników. Zakres rozszerzony, Warszawa 2019.