Konfigurazio elektronikoak: aufbau-ordena, Hunden araua eta ioiak

Geruzak, azpigeruzak eta orbitalen edukiera

Atomo bateko elektroi bakoitza lau zenbaki kuantikoren bidez deskribatzen da. n zenbaki kuantiko nagusiak geruza finkatzen du (1, 2, 3, …). l momentu angeluarraren zenbaki kuantikoak 0tik n − 1era doa eta azpigeruza finkatzen du: l = 0, 1, 2 eta 3 s, p, d eta f etiketatzen dira. mₗ zenbaki kuantiko magnetikoak −l-tik +l-ra doa, beraz azpigeruza batek 2l + 1 orbital ditu. mₛ spin-zenbaki kuantikoa +½ edo −½ da.

Orbital bakoitzak gehienez bi elektroi eduki ditzakeenez, s azpigeruzak 2 hartzen ditu, p-k 6, d-k 10 eta f-k 14. Geruza oso batek 2n² elektroi hartzen ditu: 2 n = 1 denean, 8 n = 2 denean eta 18 n = 3 denean. Edukiera horiek dira taula periodikoaren blokeak 2, 6, 10 eta 14 zutabe zabal izatearen arrazoia.

Aufbau-betetze ordena eta taula periodikoa

Oinarrizko egoeran, elektroiek eskuragarri dauden energia txikieneko azpigeruzak betetzen dituzte; hau da aufbau printzipioa. Elektroi askoko atomo batean, azpigeruzaren energia l-ren eta n-ren araberakoa da, s elektroi batek n antzekoa duen p edo d elektroi batek baino nukleora gehiago sartzen delako eta barne-elektroiek gutxiago pantailatzen dutelako. Atomo neutroen ondoriozko ordena hau da: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

n + l arauak ordena hori erreproduzitzen du: bete azpigeruzak n + l gero eta handiagoaren arabera, eta bi azpigeruza berdinduta daudenean, bete lehenengo n txikiena duena. Beraz 4s (4 + 0 = 4) 3d (3 + 2 = 5) baino lehen betetzen da. Ordena taula periodikotik ere irakur dezakezu. Aldi batean zehar mugitzean, s blokea zeharkatzen duzu, gero f blokea egonez gero, gero d blokea, gero p blokea, d azpigeruza aldiaren zenbakiaren atzetik geruza batera dagoela eta f azpigeruza bi geruzara.

Ordenak esaten dizu zein azpigeruzak jasotzen duen hurrengo elektroia elementu batetik bestera. Ez du esan nahi 4s beti 3d baino energia txikiagokoa denik. 3d okupatuta dagoenean, bere energia 4sren azpitik jaisten da, eta horregatik trantsizio-metalen katioiek 4s elektroiak galtzen dituzte lehenengo.

Pauliren esklusio-printzipioa, Hunden araua eta orbital-diagramak

Pauliren esklusio-printzipioak dio atomo bateko bi elektroik ez dutela lau zenbaki kuantikoak partekatzen. Orbital bateko bi elektroik n, l eta mₗ partekatzen dituzte jada, beraz kontrako spinak izan behar dituzte, eta orbital batek ezin du hirugarren bat hartu.

Hunden araua orbital endekatuei aplikatzen zaie, azpigeruza baten barruan energia berekoei. Elektroiek banaka betetzen dituzte, spin paraleloekin, parekatzea hasi aurretik. Parekatzeak energia igotzen du orbital bateko bi elektroik gogorrago aldaratzen dutelako, eta orbital bereizietako spin paraleloek truke-egonkortzea irabazten dute. Nitrogenoaren 2p³-k beraz hiru elektroi bakartu ditu, eta oxigenoaren 2p⁴-k bikote bat eta bi elektroi bakartu.

Orbital-diagrama batean, marraztu kutxa bat orbital bakoitzeko, bete azpigeruzak aufbau-ordenan, eta azpigeruza baten barruan jarri gezi bat kutxa guztietan bigarrena gehitu aurretik. Elektroi bakartuak dituzten atomoak paramagnetikoak dira eta eremu magnetiko batera erakartzen dira; elektroi guztiak parekatuta dituzten atomoak diamagnetikoak dira.

Adibide landuak: selenioa eta zirkonioa

1. adibidea: selenioa, Z = 34. Bete aufbau-ordenan 34 elektroi jarri arte: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴. Egiaztatu guztira: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34. Gas nobleen notaziorako, ordeztu lehen 18 elektroiak [Ar]-rekin, aurreko aldia amaitzen duen gas noblearekin: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. Azpigeruzak geruza-zenbakiaren arabera zerrendatzea, hemen bezala, konbentzio arrunta da; [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴-k konfigurazio bera deskribatzen du betetze-ordenan.

Selenioaren lau 4p elektroiak hiru orbitaletan banatzen dira. Hunden arauak bat jartzen du bakoitzean eta laugarrena parekatzen du, bi elektroi bakartu utziz. Bere sei balentzia-elektroiek, 4s² 4p⁴, oxigenoaren eta sufrearen kanpoko ereduarekin bat datoz 16. taldean, eta horregatik selenioak seleniuro ioia eratzen du, Se²⁻, kriptonarekin isoelektronikoa.

2. adibidea: zirkonioa, Z = 40. [Kr] ondoren, 36 elektroi hartzen dituena, lau geratzen dira. Hurrengo azpigeruzak 5s eta gero 4d dira, [Kr] 4d² 5s² emanez, NISTen oinarrizko egoerako datuekin bat datorrena. Bi 4d elektroiek orbital bereiziak hartzen dituzte spin paraleloekin, beraz zirkonioak bi elektroi bakartu ditu.

Kromoa, kobrea eta arau sinpleei aurre egiten dieten salbuespenak

Aufbau-ordenak [Ar] 3d⁴ 4s² iragartzen du kromorako eta [Ar] 3d⁹ 4s² kobrerako. Espektroskopiak [Ar] 3d⁵ 4s¹ eta [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ erakusten ditu. 4s eta 3d energian gertu daudenez atomo hauetan, elektroi bat 3dra mugitzeak energia totala jaisten du, d azpigeruza erdi-beteak edo beteak duen truke-egonkortzeak lagunduta. Molibdenoak, [Kr] 4d⁵ 5s¹, eta zilarrak, [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, gainean dituzten elementuen patroi bera jarraitzen dute.

Erdi-betetako azpigeruzaren azalpena ez da arau orokor bat. Niobioa [Kr] 4d⁴ 5s¹ da, bere 4d azpigeruza ez erdi-betea ez betea geratzen den arren; paladioa [Kr] 4d¹⁰ da 5s elektroirik gabe; eta wolframioa, molibdenoaren azpian zuzenean, [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s² da. Ikasi zure ikastaroak eskatzen dituen salbuespenak datuetatik, ez orokortzen ez den arau batetik eratorrita.

Ioi monoatomikoen konfigurazioak

Anioi baterako, gehitu elektroiak hurrengo azpigeruza eskuragarrian: kloroa, [Ne] 3s² 3p⁵, Cl⁻ bihurtzen da, [Ne] 3s² 3p⁶, argonarekin isoelektronikoa. Katioi baterako, kendu elektroiak n handiena duen azpigeruzatik lehenengo, eta geruza horretan p-tik s-tik baino lehen. Lehen lerroko trantsizio-metal baterako, horrek 4s elektroiak kentzen ditu edozein 3d elektroi baino lehen.

3. adibidea: burdin ioiak. Burdina [Ar] 3d⁶ 4s² da. Fe²⁺-k bi 4s elektroiak galtzen ditu [Ar] 3d⁶ emateko, eta Fe³⁺-k bat gehiago galtzen du, 3dtik, [Ar] 3d⁵ emateko. Egiaztatu kopuruak: burdinak 26 elektroi ditu, Fe²⁺-k 18 + 6 = 24 eta Fe³⁺-k 18 + 5 = 23. Fe³⁺ ioi askeak bost elektroi bakartu ditu, bat 3d orbital bakoitzean.

Logika bera aplikatzen da p blokean. Eztainua [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p² da, eta Sn²⁺-k bi 5p elektroiak galtzen ditu [Kr] 4d¹⁰ 5s² bihurtzeko. Kobrea(I) [Ar] 3d¹⁰ da, kobrearen 4s elektroi bakarra lehenengo joaten delako.

Konfigurazioak idaztean egiten diren ohiko akatsak

Konfigurazio-akats gehienak hainbat patroitan sartzen dira, eta bakoitza egiaztapen azkar batekin harrapa daiteke aurrera egin aurretik.

Galdera batek elektroi bakartuak eskatzen dituenean, marraztu orbital-diagrama partzialki beteta dagoen azpigeruzarentzat konfigurazio-kateatik epaitu beharrean. Ioi bati buruz galdetzen duenean, idatzi atomo neutroa lehenik, gero gehitu edo kendu elektroiak.

• 3d elektroiak 4s baino lehen kentzea: Fe²⁺ [Ar] 3d⁶ da, ez [Ar] 3d⁴ 4s². Fe²⁺, Co²⁺ eta Cu⁺ bezalako lehen lerroko katioi arruntek ez dute 4s elektroirik.
• Gas nobleen nukleo okerra erabiltzea: nukleoa aurreko aldiko gas nobleak da, [Ar] 19tik 36ra bitarteko elementuentzat.
• Elektroiak gaizki zenbatzea: goi-indizeek Z batu behar dute atomo baterako eta Z ken karga ioi baterako.
• Azpigeruza bat gainbetetzea, 2p⁷ edo 3d¹¹ bezala.
• Elektroiak p edo d azpigeruza batean parekatzea orbital guztiek bat izan aurretik.
• d blokea geruza okerrean jartzea: 4. aldiak 3d betetzen du, ez 4d.
• Cr eta Cu patroia azpian dauden elementu guztiei aplikatzea datuak egiaztatu gabe.