Konfiguracje elektronowe 2

Zapisywanie konfiguracji elektronowych pierwiastków bloku d

Spróbujmy zapisać konfigurację elektronową niklu.

Nikiel jest tutaj.

Atom niklu ma 28 elektronów.

Musimy ustalić, na jakich powłokach

i orbitalach znajdują się te elektrony.

28 elektronów.

Sposób, który poznaliśmy,

polega na zdefiniowaniu poszczególnych bloków: zaczynamy od bloku s.

I zawsze, kiedy myślimy o bloku s, musimy pamiętać,

że hel też jest w tym bloku!

Definiujemy dalej: to jest blok d.

To jest blok p.

I teraz zaczynamy od zapisania elektronów o najniższej energii.

Możemy zrobić tak, że będziemy zapełniać po kolei orbitale.

Czyli najpierw zapisujemy

dwa elektrony na orbitalu 1s, czyli 1s2.

Zapisujemy konfigurację elektronową niklu.

To jeszcze raz: najpierw dwa elektrony na 1s, czyli 1s2.

Później kolejne dwa: 2s2.

I pamiętaj, ta druga dwójka (ta po literce), zapisywana standardowo w indeksie górnym, oznacza

że dwa elektrony znajdują się na danej podpowłoce

lub orbitalu.

Właściwie... lepiej zapiszę każdą powłokę innym kolorem.

Na zielono: 2s2.

Kolejna podpowłoka to 2p, czyli 2p6.

Wpisujemy tu wszystkie sześć elektronów z tego okresu.

Czyli 2p6.

Spójrz, do tego momentu wykorzystaliśmy 10 elektronów.

Zapisaliśmy konfigurację dla pierwszych dziesięciu elektronów.

Teraz przechodzimy na trzecią powłokę.

Znowu najpierw zapełniamy podpowłokę s, czyli 3s2.

Pamiętaj, zapisujemy tu nikiel, który ma 28 elektronów,

więc jeszcze daleko do końca :)

Potem zapełniamy elektronami podpowłokę 3p.

Zapisujemy 3p6.

Jesteśmy w trzecim okresie, więc to są te orbitale 3p.

Jest ich sześć.

I teraz jest czwarta powłoka.

Zapiszę to żółtym kolorem.

Mamy tu 4s2.

I teraz jesteśmy w bloku d!

I zapełniamy ten orbital d elektronami: 1, 2, 3, 4, 5, 6,

7, 8. Nikiel ma osiem elektronów na orbitalu d.

Czyli piszemy d8.

Ale pamiętaj, że to NIE będzie 4d8!

Kiedy wypełniamy elektronami orbitale d, to musimy się cofnąć o jedną powłokę.

Czyli to będzie 3d8.

Zapisujemy więc 3d8.

I to jest kolejność elektronów

od ich najniższej energii do najwyższej.

Zauważ, że najwyższą energię mają elektrony,

które zapisaliśmy na końcu, te osiem elektronów.

Mimo że są na powłoce trzeciej, a nie czwartej!

Trzeba na to uważać, żeby się nie pomylić. Gdy wypełniasz orbital d, żeby określić, która to powłoka,

musisz od numeru okresu odjąć 1.

Byliśmy w okresie czwartym,

odjęliśmy jeden, i zapisaliśmy 3d8.

Czyli 4 - 1 = 3.

Udało się, zapisaliśmy konfigurację elektronową nilku.

I oczywiście pamiętaj, że kiedy móimy o elektronach walencyjnych,

które są elektronami na najbardziej odległej powłoce elektronowej,

wtedy będziemy patrzeć na te elektrony.

Te elektrony jako pierwsze będą wchodzić w reakcje chemiczne,

mimo że te na orbitalu 3d mają wyższą energię.

Elektrony z podpowłoki 4s reagują, bo są najbardziej odsunięte od jądra.

A przynajmniej możemy sobie wyobrazić, że to dla nich

jest największe prawdopodobieństwo, że będą dalej od jądra

niż te elektrony.

A teraz drugi sposób na określenie konfiguracji elektronowej

niklu - często się to pomija na lekcjach chemii,

ale ja lubię tę metodę.

Patrzysz na układ okresowy, zapoznajesz się z nim,

zaczynasz rozumieć, co jest ważne

i pojawia się w tobie intuicja - co z czym reaguje i dlaczego.

Wróćmy do nilku. Pewnie zauważyłeś, że nikiel ma 28 elektronów

tylko wtedy, gdy jest obojętny.

Ma 28 elektronów, bo ma

28 protonów, a jego liczba atomowa to 28.

Pamiętaj, że liczba atomowa mówi o tym, ile protonów jest w jądrze danego pierwiastka.

To jest liczba protonów.

Jeśli założymy, że dany atom jest obojętny,

to wtedy liczba atomowa oznacza też liczbę elektronów.

Ale nie zawsze tak jest.

Chociaż zazwyczaj, kiedy ktoś mówi: Zapisz konfigurację elektronową niklu,

to właśnie tak jest.

Skoro nikiel ma liczbę atomową 28,

to ma 28 elektronów. Możemy zapisać jego konfigurację elektronową również w taki sposób.

Najpierw wypisujemy powłoki elektronowe.

Nikiel jest w czwartym okresie, więc powłoki są cztery: 1, 2, 3, 4.

Na górze wypisujemy kolejno podpowłoki: s, p, d.

Ponieważ to tylko nikiel, nie zapisujemy tu podpowłoki f.

Ale na przyszłość, kolejność podpowłok będzie taka: f, g, h... itd.

Teraz trzeba wypełnić kolejne podpowłoki.

Ta pierwsza, później ta, później ta,

później ta i ta.

Narysuję to.

Ustalmy fakty - te kółka to podpowłoki, które istnieją w tych czterech powłokach.

Narysowałem je na zielono.

Nie rysuję teraz kółek w kolejności, w jakiej są zapełniane podpowłoki.

Narysowałem po prostu to, co istnieje. Jest podpowłoka 3d.

Ale nie ma podpowłoki 3f.

Za to jest podpowłoka 4f.

Narysuję teraz linie, to sprawi, że rysunek

będzie bardziej przejrzysty.

Kolejność zapełniania poszczególnych podpowłok jest taka, jak pokazują te przekątne.

Najpierw zapełniasz orbital 1s, potem 2s.

Następna przekątna jest tutaj.

Kolejna tu,

a jeszcze następna tu.

Musisz tylko zapamiętać, że na orbitalu s mieszczą się dwa elektrony,

na p - 6, a na d - 10.

Później będziemy się martwić orbitalem f, ale jeśli spojrzysz

na blok f,

domyślisz się, że na orbitalu f może być maksymalnie 14 elektronów.

Podpowłoki zapełniamy w taki sposób.

Najpierw ustalamy, jaki mamy pierwiastek i ile ma elektronów.

Nikiel ma 28 elektronów.

Najpierw zapełniamy ten orbital,

czyli zapisujemy 1s2.

Następnie widzisz, że nie ma orbitalu 1p, więc idziesz do 2s i piszesz 2s2.

Zapiszę to innym kolorem.

2s2.

To jest to kółko.

Idę potem na czubek tej przekątnej i schodzę w dół - nie ma 1d, ale jest 2p.

Zapisujemy więc 2p6.

Musisz mieć ciągle w pamięci, ile masz elektronów do rozlokowania,

pilnuj tego.

Na razie rozlokowaliśmy 10 elektronów.

Zużyliśmy teraz to kółko.

Teraz linia pokazuje, żeby iść dalej w dół, czyli do orbitalu 3s.

Jesteśmy już w trzeciej powłoce.

Zapisujemy 3s2.

I gdzie teraz?

Od 3s

idziemy do góry, na kolejną przekątną.

Zaczynamy tutaj, nie ma 1f, nie ma 2d,

ale jest 3p.

Piszemy więc 3p6.

Następny orbital to 4s.

Dopisujemy 4s2.

To było ostatnie kółko na tej linii,

więc znowu idziemy do góry.

Zaczynamy tutaj, pierwszy napotkany orbital to 3d.

Sprawdźmy, ile elektronów zostało nam do rozlokowania.

Jesteśmy na 3d.

Policzę, ile elektronów zużyliśmy do tej pory.

2 + 2 = 4

4 + 6 = 10

10 + 2 = 12

18

20

Zużyliśmy 20 elektronów, więc zostało nam (28 - 20) 8 elektronów do zakończenia konfiguracji.

Ponieważ orbital 3d może przyjąć 10 elektronów, to wszystkie 8, które mamy, zmieszczą się na 3d - piszemy 3d8.

No i proszę - wyszło nam to samo,

co za pierwszym razem :)

Lubię używac peirwszej metody, bo ciągle używasz ukłądu okresowego,

więc lepiej rozumiesz,

skąd bierze się taka a nie inna konfiguracja.

No i nie musisz pamiętać,

ile elektronów możesz włożyć na poszczególne powłoki.

Zgadza się?

Tutaj musisz liczyć, ile elektronów zużyłeś.

A do tego musisz rysować ten skomplikowany diagram.

W tej metodzie używasz po prostu ukłądu okresowego, wszystko na nim widać.

Ważne jest też, że możesz pracować wstecz.

Tutaj musisz bez ustanku śledzić wzrokiem te kulki,

żeby powiedzieć, że elektrony o największej energii to 3d8,

albo że najwyższą energię ma podpowłoka 4s.

Nie ma innej opcji. W tej metodzie musisz przejść cały proces, żeby

ocenić te parametry.

A kiedy używasz tej metody, z układem okresowym,

możesz, na przykład jeśli patrzysz na cyrkon Zr,

jest tutaj,

możesz rozpisać całą konfigurację elektronową.

Ale zazwyczaj interesuje cię tylko powłoka o najwyższej energii oraz

elektrony o najwyszej energii.

Więc gdy patrzysz na układ okresowy, wiesz od razu, że masz dwa elektrony na podpowłoce d

(ale nie na 5d, tylko na 4 d).

Czyli 4d2.

Tak?

Zr jest w 5 okresie.

Dlatego te elektrony są na 4d (5 - 1 = 4).

A potem

zapisujesz jeszcze dwa elektrony na orbitalu 5s.

5s2.

A potem możesz iść do tylu.

Możesz wypisać poszczególne elektrony: 4p6,

później 10 elektronów na orbitalu d.

Ale pamiętaj, d jest tu w 4 okresie, czyli orbital nazywa się 3d.

Cztery odjąć jeden,

czyli 3d10.

3d10.

Potem masz 4s2.

Jakoś się to zabałaganiło.

Zapiszę to od nowa tutaj.

Mamy 4d2.

To są te dwa elektrony.

Potem 5s2.

Potem 4p6.

To są te elektrony.

Następnie 3d10.

Pamiętaj, 4 - 1, dlatego 3d10 (a nie 4d10).

Później 4s2.

I tak się cofasz stopniowo.

Co jest takiego fajnego w tym cofaniu? To, że od razu wiesz,

które elektrony mają najwyższą energię.

Wiesz też, że ta powłoka, piąta, ma najwyższą energię.

A to są dwa elektrony, które są

na powłoce o najwyższej energii.

Ale to nie są elektrony o najwyższej energii!

Te mają najwyższą energię.

Ale to dla tych jest największe prawdopodobieństwo,

że będą najbardziej odsunięte od jądra atomowego.

Czyli to są te, które jako pierwsze wejdą w reakcje chemiczne.

A te odpowiadają za

większość właściwości chemicznych danego pierwiastka.

Skupmy się na chwilę nad taką sprawą...

Lubimy mówić, że elektrony wupełniają te koszyczki

albo że są umieszczone w koszyczkach.

Ale kiedy patrzmy na rzeczywiste elektrony w atomie,

to widzimy, że one wcale nie zachowują się tak grzecznie w jeden określony sposób.

Elektrony są w ciągłym ruchu, przeskakują między orbitalami, mieszają się ze sobą

i wykonują mnóstwo innych nieprzewidywalnych ruchów.

Ale ta metoda pozwala nam przynajmniej złapać sens

tego, co dzieje się z elektronem.

W większości przypadków elektrony reagują lub zachowują się

w taki sposób, na jaki pozwala im aktualny stan energetyczny.

Ale nieważne. Najważniejsze jest to, że

nauczyłeś się, jak zapisywać konfiguracje elektronowe.

To jest bardzo potrzebne, żebyś później mógł zdobywać następną wiedzę

np. o reakcjach chemicznych.

To, co jest szczególnie przydatne, to wiedza, które elektrony

są elektronami walencyjnymi

i co to są w ogóle elektrony walencyjne.