Przeczytaj
Zgodnie z prawem okresowościprawem okresowości, którego podwaliny stworzył Dmitrija Mendelejew, właściwości pierwiastków zmieniają się periodycznieperiodycznie 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 , a reszta pierwiastków grupy do bloku ). 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.
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.
Konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków należących do grup głównych – i
Analizując konfiguracje elektronowe pierwiastków i grupy, można zauważyć, że konfiguracja powłoki walencyjnej (kolor niebieski) dla wszystkich pierwiastków w danej grupie jest taka sama (pomijając zmianę numeru powłoki).
Podsumowując, pierwiastki grupy układu okresowego mają jeden elektron walencyjnyelektron walencyjny, natomiast dokładny zapis konfiguracji powłoki walencyjnej w tej grupie ma ogólną postać ( – oznacza główną liczbę kwantową). W grupie układu okresowego pierwiastków, liczba elektronów walencyjnych wynosi dwa, a konfigurację powłoki walencyjnej ogólnie można zapisać jako . Atomy pierwiastków obu tych grup oraz atom helu mają elektrony walencyjne rozmieszczone jedynie na orbitalu typu . Dlatego pierwiastki grupy i oraz hel należą do bloku energetycznego (bloku ).
Konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków należących do grup do
Przeanalizujmy konfiguracje powłok walencyjnych pierwiastków pozostałych grup głównych, a więc do (bez helu). Pominiemy w rozważaniach konfigurację atomów helu, który, jak wcześniej ustaliliśmy, jest zaliczany do bloku .
Wspólną cechą atomów pierwiastków reprezentujących te grupy jest całkowicie zapełniony orbital typu powłoki walencyjnej i w różnym stopniu zapełniony orbital typu dla tej powłoki. Dlatego też pierwiastki grup od do włącznie należą do bloku energetycznego (bloku ). Zwróć uwagę, że liczba elektronów na walencyjnej podpowłoce jest równa numerowi grupy pominiejszonemu o .
Konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków należących do grup od do
Analizując konfiguracje elektronowe pierwiastków w grupach od do , mimo szeregu wyjątków, można wywnioskować, że elektrony walencyjne atomów tych pierwiastków zajmują orbital typu i orbital typu . Uściślając, elektrony walencyjne występują na orbitalach typu ostatniej powłoki i orbitalach typu przedostatniej powłoki. Dlatego pierwiastki tych grup należą do bloku energetycznego (bloku ).
Konfiguracje elektronowe dla wybranych pierwiastków bloku należących do okresu:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
Jeżeli przyjrzymy się konfiguracjom elektronowym pierwiastków bloku w 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 w stosunku do (). Dlatego w atomach niektórych pierwiastków bloku d następuje zmiana konfiguracji elektronowej, czyli tzw. promocja elektronowapromocja elektronowa.
Jak wspomniano, promocję elektronową obserwujemy dla atomu chromu :
a także dla atomu miedzi :
gdzie jeden z elektronów podpowłoki przechodzi do podpowłoki .
Z powyższych zapisów wynika, że zazwyczaj układy, jak i są korzystniejsze energetycznie dla atomu niż układy i , ponieważ orbitale typu zostają możliwie całkowicie zapełnione.
Konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków lantanowców i aktynowców
Elektrony walencyjne pierwiastków należących do bloku , a wiec tzw. lantanowców i aktynowców mogą zajmować orbitale typu , typu i typu . Uściślając będą to: orbital typu ostatniej powłoki, orbital typu przedostatniej powłoki i orbital typu trzeciej powłoki od końca.
Konfiguracje elektronowe dla wybranych pierwiastków bloku :
: ;
: ;
: ;
: .
Bloki energetyczne układu okresowego
Układ okresowy, podzielony na bloki energetyczne, wygląda następująco:
Blok – zawiera pierwiastki grupy i oraz . Konfiguracja ogólna powłoki walencyjnej grupy to , grupy i to . Grupa (z wyjątkiem wodoru) i to metale o dużej aktywności chemicznej. Poza i , które są niemetalami, pozostałe pierwiastki są elektrododatnie, czyli charakteryzują się niską elektroujemnością.
Blok – zawiera pierwiastki grup –. Konfiguracja ogólna powłoki walencyjnej ma postać w różnym stopniu zapełnionych: orbitalu typu ostatniej powłoki i orbitali typu przedostatniej powłoki. Ten blok wypełniają pierwiastki o charakterze metalicznym.
Blok – zawiera pierwiastki grup – (oprócz ). Konfiguracje ogólne powłok walencyjnych tych grup to dla:
grupy – ;
grupy – ;
grupy – ;
grupy – ;
grupy – ;
grupy – .
W tym bloku występują pierwiastki o charakterze metalicznym, ale także pierwiastki o charakterze niemetalicznym – wśród nich gazy szlachetne.
Blok – zawiera lantanowce i aktynowce, pierwiastki grup od do okresu i . Konfiguracja ogólna powłoki walencyjnej zawiera orbital typu , orbitale typu i orbitale typu ( – lantanowce i – aktynowce).
Zapisz konfigurację powłoki walencyjnej atomu indu w formie podpowłokowej.
Słownik
(łac. configuratio „konfiguracja”) opis atomu polegający na rozkładzie elektronów na podstawie prawdopodobieństwa ich położenia w atomie w funkcji odległości od jądra
(ang. electron – rok – od gr. ἤlambdaepsilonkappataurhoomicronnu, ḗlektron „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 sformułowane po raz pierwszy przez Dmitrija Mendelejewa ( 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
(niem. Block) grupa pierwiastków chemicznych w układzie okresowym, o takiej samej konfiguracji walencyjnej
(fr. périodique, łac. periodicus, z gr. periodikós „okresowy”) taki, który regularnie się powtarza
pozorna anomalia w sposobie rozmieszczania elektronów walencyjnych atomów niektórych pierwiastków bloku i ; w przypadku bloku polega na przejściu elektronu z podpowłoki na podpowłokę
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.