Konfiguracja elektronowa, reguła Hunda i zakaz Pauliego

1.Konfiguracja elektronowa

Zapis rozmieszczenia elektronów w atomie lub jonie na powłokach i podpowłokach elektronowych.

2.Liczba atomowa a liczba elektronów

Liczba atomowa $Z$ określa liczbę protonów w jądrze. W obojętnym atomie liczba elektronów jest równa $Z$; w jonie trzeba dodatkowo uwzględnić jego ładunek.

3.Powłoka, podpowłoka i orbital

Powłoka elektronowa dzieli się na podpowłoki, a podpowłoki składają się z orbitali. Orbital jest obszarem wokół jądra, w którym istnieje duże prawdopodobieństwo znalezienia elektronu.

4.Podpowłoka s - liczba orbitali i pojemność

Podpowłoka s zawiera jeden orbital i mieści maksymalnie dwa elektrony.

5.Podpowłoka p - liczba orbitali i pojemność

Podpowłoka p zawiera trzy orbitale i mieści maksymalnie sześć elektronów.

6.Podpowłoka d - liczba orbitali i pojemność

Podpowłoka d zawiera pięć orbitali i mieści maksymalnie dziesięć elektronów.

7.Podpowłoka f - liczba orbitali i pojemność

Podpowłoka f zawiera siedem orbitali i mieści maksymalnie czternaście elektronów.

8.Jak odczytać zapis podpowłokowy?

Liczba przed literą oznacza numer powłoki, litera oznacza rodzaj podpowłoki, a indeks górny podaje liczbę elektronów na tej podpowłoce.

9.Zasada kolejności obsadzania podpowłok

Elektrony rozmieszcza się na podpowłokach zgodnie ze wzrastającą energią, a nie wyłącznie według numerów powłok.

10.Kolejność obsadzania podpowłok - od 1s do 3p

Początek kolejności obsadzania to: $1s$, $2s$, $2p$, $3s$, $3p$. Każdą z tych podpowłok zapełnia się przed przejściem do następnej.

11.Kolejność obsadzania podpowłok - po 3p do 6s

Po podpowłoce $3p$ elektrony obsadzają kolejno: $4s$, $3d$, $4p$, $5s$, $4d$, $5p$, $6s$.

12.Jak ustalić i sprawdzić konfigurację obojętnego atomu?

Ustal liczbę elektronów równą $Z$, rozmieść je według energii podpowłok i ich pojemności, a następnie zsumuj indeksy górne. Suma musi być równa liczbie elektronów atomu.

13.Skrócona konfiguracja elektronowa

Zapis, w którym początkową część konfiguracji zastępuje się symbolem gazu szlachetnego w nawiasach kwadratowych, a pozostałe obsadzone podpowłoki zapisuje się za nim.

14.Jak dobrać gaz szlachetny do skróconej konfiguracji atomu?

Wybierz gaz szlachetny bezpośrednio poprzedzający pierwiastek w układzie okresowym. Jego symbol zastępuje konfigurację rdzenia elektronowego atomu.

15.Elektrony walencyjne i ich wyznaczanie w pierwiastkach grup głównych

Elektrony walencyjne decydują o właściwościach chemicznych pierwiastka. W atomach pierwiastków grup głównych liczy się elektrony na powłoce o największym numerze, sumując obsadzenie należących do niej podpowłok.

16.Kation - powstawanie i liczba elektronów

Kation jest jonem dodatnim, który powstaje przez oddanie elektronów. Jego liczbę elektronów oblicza się, odejmując od liczby atomowej wartość dodatniego ładunku.

17.Anion - powstawanie i liczba elektronów

Anion jest jonem ujemnym, który powstaje przez przyjęcie elektronów. Jego liczbę elektronów oblicza się, dodając do liczby atomowej wartość bezwzględną ujemnego ładunku.

18.Co zmienia się podczas powstawania jonu?

Zmienia się liczba elektronów, natomiast liczba protonów w jądrze i liczba atomowa pozostają takie same.

19.Jak zapisać konfigurację elektronową jonu?

Najpierw ustal liczbę elektronów z liczby atomowej i ładunku. Następnie uwzględnij przyjęcie lub oddanie elektronów i sprawdź, czy suma obsadzeń podpowłok odpowiada liczbie elektronów jonu.

20.Jon o konfiguracji gazu szlachetnego

Jeżeli jon ma konfigurację elektronową gazu szlachetnego, cały jego zapis można zastąpić symbolem tego gazu w nawiasach kwadratowych.

21.Usuwanie elektronów przy tworzeniu kationów metali bloku d

Najpierw usuwa się elektrony z podpowłoki o wyższym numerze powłoki: z $4s$ przed $3d$. Po usunięciu elektronów z $4s$ dalsze elektrony usuwa się z $3d$.

22.Dlaczego nie wolno usuwać elektronów tylko z końca zapisu konfiguracji?

O kolejności usuwania elektronów decyduje numer powłoki, a nie położenie podpowłoki w zapisie. W kationach metali z elektronami na $4s$ i $3d$ najpierw opróżnia się $4s$.

23.Schemat klatkowy - znaczenie kwadratu i strzałki

Jeden kwadrat przedstawia jeden orbital, a jedna strzałka - jeden elektron. Przeciwne kierunki strzałek oznaczają przeciwne spiny.

24.Zakaz Pauliego

W atomie lub jonie nie mogą istnieć dwa elektrony o identycznych wartościach wszystkich czterech liczb kwantowych.

25.Konsekwencja zakazu Pauliego dla pojedynczego orbitalu

Na jednym orbitalu mogą znajdować się maksymalnie dwa elektrony. Jeżeli są dwa, muszą mieć przeciwne spiny.

26.Reguła Hunda

Elektrony na orbitalach o tej samej energii zajmują najpierw osobne orbitale ze zgodnymi spinami, a dopiero potem tworzą pary. W stanie podstawowym liczba elektronów niesparowanych w danej podpowłoce jest możliwie największa.

27.Elektron niesparowany i para elektronowa

Elektron niesparowany zajmuje orbital pojedynczo. Para elektronowa to dwa elektrony o przeciwnych spinach zajmujące ten sam orbital.

28.Kiedy zaczyna się parowanie elektronów na podpowłoce?

Na orbitalach o tej samej energii parowanie zaczyna się dopiero po pojedynczym obsadzeniu każdego orbitalu tej podpowłoki. Tworzona para musi spełniać zakaz Pauliego.

29.Reguła Hunda a zakaz Pauliego

Reguła Hunda określa sposób rozmieszczania elektronów między orbitalami o tej samej energii. Zakaz Pauliego ogranicza obsadzenie jednego orbitalu do dwóch elektronów o przeciwnych spinach.

30.Promocja elektronowa w konfiguracjach chromu i miedzi

Jeden elektron z podpowłoki $4s$ przechodzi na $3d$. Powstaje korzystniejszy energetycznie układ z podpowłoką d zapełnioną do połowy lub całkowicie.

31.Zapełnienie podpowłoki d do połowy i całkowicie

Podpowłoka d jest zapełniona do połowy przy pięciu elektronach, a całkowicie przy dziesięciu. Takie obsadzenia wyjaśniają odstępstwa w konfiguracjach chromu i miedzi.

32.Główna liczba kwantowa

Główna liczba kwantowa $n$ określa powłokę elektronową. W zapisie podpowłokowym odpowiada jej liczba stojąca przed literą.

33.Poboczna liczba kwantowa

Poboczna liczba kwantowa $l$ określa rodzaj podpowłoki: dla s ma wartość $0$, dla p - $1$, dla d - $2$, a dla f - $3$.

34.Magnetyczna liczba kwantowa

Magnetyczna liczba kwantowa $m_l$ określa konkretny orbital w danej podpowłoce.

35.Spinowa liczba kwantowa

Spinowa liczba kwantowa $m_s$ opisuje spin elektronu, przedstawiany w schemacie klatkowym kierunkiem strzałki.

36.Cztery liczby kwantowe - co opisują?

$n$ określa powłokę, $l$ - rodzaj podpowłoki, $m_l$ - orbital w podpowłoce, a $m_s$ - spin elektronu.