Układ okresowy pierwiastków podzielony jest na bloki $s$, $p$, $d$ i $f$.

W przypadku chromu, różnica energii orbitali $4s$ i $3d$ jest zbliżona do energii parowania elektronów. Chrom posiada $6$ elektronów walencyjnych, dlatego najkorzystniej, ze względu na liczbę niesparowanych elektronów, będzie rozmieścić je w następujący sposób:

Wraz z położeniem pierwiastka w okresie zmniejsza się energia orbitali $3d$, w związku z czym, w przypadku miedzi, orbital $3d$ ma mniejszą energię niż orbital $4s$. Dlatego orbital ten powinien być obsadzony w pierwszej kolejności, aby taka konfiguracja miała najniższą energię. Miedź posiada $11$ elektronów walencyjnych. Maksymalne obsadzenie orbitalu $d$ wynosi $10$ elektronów, dlatego konfiguracja miedzi to: $3d^{10}4s^1$, a nie $3d^{9}4s^2$.

W odróżnieniu od pierwiastków grup głównychgrupy głównegrup głównych, pierwiastki bloku $d$ mają rozmieszczone elektrony walencyjne na dwóch podpowłokach $d$ i $s$. Całkowite obsadzenie orbitalu $s$ jest przyczyną tego, że wszystkie pierwiastki bloku $d$ są metalami, a ich najniższy stopień utlenienia to $+2$ (z wyjątkiem miedzi, gdzie następuje przeskok elektronu z podpowłoki $s$ na $d$, tworzący trwałe związki miedzi na $+1$ stopniu utlenienia).

Gdy pierwiastki $4.$ okresu bloku $d$ wchodzą w reakcje chemiczne, to w czasie tworzenia kationów oddają najpierw elektrony rozmieszczone na podpowłoce $4s$, a dopiero później elektrony rozmieszczone na podpowłoce $3d$.

R1Nf2kOJZrGQw

Ilustracja przedstawia zapis klatkowy konfiguracji elektronowej powłoki walencyjnej kationów żelaza(<math aria‑label="dwa">II) i żelaza(<math aria‑label="trzy">III). Dla kationu żelaza(<math aria‑label="dwa">II) na orbitalu 3d znajduje się sześć elektronów, w tym jedna para i cztery niesparowane, a orbital 4s jest pusty. Dla kationu żelaza(<math aria‑label="trzy">III) na orbitalu 3d znajduje się pięć niesparowanych elektronów, a orbital 4s jest pusty. W zapisie klatkowym elektrony przedstawione są za pomocą strzałek. W kationie żelaza(<math aria‑label="dwa">II) orbital 3d reprezentowany jest przez poziomy blok pięciu klatek. Klatki to małe kwadraty. Pierwsza klatka posiada dwie pionowe strzałki: jedna skierowana jest w górę, druga w dół. Pozostałe cztery klatki posiadają po jednej strzałce w górę. Orbital 4s jako pusty reprezentowany jest przez pustą klatkę. W kationie żelaza(<math aria‑label="trzy">III) orbital 3d reprezentowany jest przez poziomy blok pięciu klatek, w każdej klatce jest po jednej strzałce w górę. Orbital 4s jako pusty reprezentowany jest przez pustą klatkę.

W jonach metali na $+2$ i wyższym stopniu utlenienia liczba elektronów rozmieszczonych na orbitalach typu $d$ (w stanie podstawowym) jest równa całkowitej liczbie elektronów minus ładunek jonu.

Rozpatrzmy to na przykładzie:

Za tworzenie wiązań chemicznych przez atomy pierwiastków bloku $d$ $4.$ okresu odpowiedzialne są elektrony walencyjne rozmieszczone na dwóch orbitalach $3d$ oraz $4s$. Liczba elektronów walencyjnych jest równa sumie liczby elektronów na orbitalach $3d$ i $4s$ oraz numerowi grupy. W trakcie tworzenia kationów, jako pierwsze oddawane są elektrony zajmujące orbital $4s$.

Słownik

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemia ogólna, Warszawa 2006.

Pajdowski L., Chemia ogólna, Warszawa 2002.

Woodgate S., The University of Auckland 2002. Wykłady dla studentów, online: http://bestchoice.net.nz/html/sa1/main/s148/p3960.htm, dostęp: 02.07.2021.