Joera periodikoak: karga nuklear eraginkorra, tamaina eta energia

Karga nuklear eraginkorra eta pantaila-efektua

Kanpoko elektroi batek ez du nukleoaren Z karga osoa sentitzen. Nukleotik gertuago dauden elektroiek partzialki deuseztatzen dute, eta ondoriozko erakarpena karga nuklear eraginkorrak deskribatzen du, Zeff = Z − S, non S pantaila-konstantea den. Barne-elektroiek, beheko geruzetan, ondo pantailatzen dute. Geruza bereko elektroiek gaizki pantailatzen dute, batez beste ez daudelako kasuan kontuan hartutako elektroia baino nukleotik gertuago.

Gutxi gorabeherako estimazio batek barne-elektroiak bakarrik zenbatzen ditu. Sodioak (Z = 11) eta kloroak (Z = 17) biek 10 barne-elektroi dituzte, beraz sodioaren 3s elektroiak +1 inguru sentitzen du eta kloroaren 3p elektroiek +7 inguru. Slater-en arauek hori zehazten dute. ns edo np azpigeruzako elektroi baterako, ns eta np azpigeruza berean dauden beste elektroi bakoitzak 0.35 gehitzen dio S-ri (0.30 1s barruan), n − 1 geruzako elektroi bakoitzak 0.85 gehitzen du, eta geruza sakonagoetako elektroi bakoitzak 1.00.

1. adibide landua. Sodioaren 3s elektroiarentzat, S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80, beraz Zeff = 11 − 8.80 = 2.20. Kloroaren 3p elektroi batentzat, S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90, beraz Zeff = 17 − 10.90 = 6.10. 3. aldian zehar, gehitutako protoi bakoitza geruza bereko gehitutako elektroiak partzialki kentzen du bakarrik, beraz Zeff ezkerretik eskuinera igotzen da n 3an geratzen den bitartean.

Erradio atomikoa eta ioi isoelektronikoak

Erradio atomikoa aldi batean zehar txikitzen da Zeff handitzen delako kanpoko elektroiak geruza berean geratzen diren bitartean, beraz gertuago erakartzen dira. Talde batean behera handitzen da, aldi bakoitzak geruza bat gehitzen duelako, kanpoko elektroiak urrunago jarriz, Zeff nahiko gutxi aldatzen den bitartean. Atomorik handienak taularen beheko ezkerrean daude eta txikienak goiko eskuinean.

Katioi bat bere jatorrizko atomoa baino txikiagoa da: elektroiak galtzeak aldaratzea murrizten du, eta talde nagusiko katioietan normalean kanpoko geruza hustu egiten da. Anioi bat bere jatorrizko atomoa baino handiagoa da, gehitutako elektroiak aldaratzea handitzen duelako karga nuklearra berdin geratzen den bitartean.

2. adibide landua. Sailkatu N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ eta Al³⁺ erradioaren arabera. Zenbatu elektroiak lehenik: 7 + 3, 8 + 2, 9 + 1, 11 − 1, 12 − 2 eta 13 − 3 guztiak 10 dira, beraz ioi guztiek neon-konfigurazioa dute, 1s² 2s² 2p⁶. Elektroi-kopuru berdinekin, desberdintasun bakarra karga nuklearra da, 7tik 13ra igotzen dena. Protoi gehiagok elektroi-hodei bera estuago erakartzen dute, beraz ordena N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺ da.

Lehen ionizazio-energia eta bere azpigeruza-salbuespenak

Lehen ionizazio-energia atomo gaseoso batetik gutxien lotutako elektroia kentzeko behar den energia da: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Orokorrean aldi batean zehar handitzen da, Zeff igotzen eta erradioa txikitzen den heinean, eta talde batean behera txikitzen da. NISTek ionizazio-energiak elektroi-volt atomo bakoitzeko zerrendatzen ditu; 96.485 kJ/mol eV bakoitzeko biderkatzeak unitate molarretara bihurtzen ditu.

NIST Atomic Spectra Database-tik bihurtuta, 2. aldiko balioak hauek dira: Li 520.2, Be 899.5, B 800.6, C 1086.5, N 1402.3, O 1313.9, F 1681.0 eta Ne 2080.7 kJ/mol. Bi urratsek bide okerrean doaz. Boroa berilioaren azpitik dago bere kanpoko elektroia 2p azpigeruzan dagoelako, energia handiagokoa dena eta 2s bikoteak partzialki pantailatua. Oxigenoa nitrogenoaren azpitik dago bere laugarren 2p elektroia okupatutako orbital batean parekatu behar delako, eta aldaratze gehigarriak errazago kentzea eragiten duelako.

Bi jaitsiera berberak agertzen dira 3. aldian: aluminioa (577.5 kJ/mol) magnesioaren azpitik dago (737.7 kJ/mol), eta sufrea (999.6 kJ/mol) fosforoaren azpitik (1011.8 kJ/mol). Errepikatutako ereduak erakusten du azpigeruzen egituratik datorrela, ez elementu berezi batetik.

Ondoz ondoko ionizazio-energiak eta balentzia-elektroiak

Ondoz ondoko ionizazio-energia bakoitza aurrekoa baino handiagoa da, elektroi bakoitza gero eta ioi positiboagotik irteten delako. Jauzi bakoitzaren tamaina da informazio erabilgarria. Handitze moderatu batek esan nahi du hurrengo elektroia balentzia-geruza berekoa dela; jauzi oso handi batek barne-nukleotik datorrela esan nahi du, nukleotik gertuago dagoena eta askoz gutxiago pantailatua.

3. adibide landua. NISTek magnesioaren lehen hiru ionizazio-energiak 7.646, 15.035 eta 80.144 eV direla ematen du. Bihurtuz: 7.646 eV × 96.485 kJ/(mol·eV) = 737.7 kJ/mol; 15.035 × 96.485 = 1450.7 kJ/mol; 80.144 × 96.485 = 7732.7 kJ/mol. IE₂/IE₁ ratioa 1450.7 / 737.7 = 1.97 da, baina IE₃/IE₂ 7732.7 / 1450.7 = 5.33 da. Bigarren elektroiaren ondorengo jauzi handiak erakusten du magnesioak bi balentzia-elektroi dituela, [Ne] 3s², eta azaltzen du zergatik eratzen duen Mg²⁺ baina ez Mg³⁺ kimika arruntean.

Sodioak jauzia urrats bat lehenago erakusten du. Bere bigarren ionizazio-energia, 4562.4 kJ/mol, lehenaren 9.2 aldiz inguru da, 495.8 kJ/mol, bigarren elektroia 2p nukleotik etorri behar delako.

Elektroi-afinitatea eta elektronegatibotasuna

Elektroi-afinitateak atomo gaseoso batek elektroi bat irabazten duenean energia-aldaketa deskribatzen du: X(g) + e⁻ → X⁻(g). Zeinu-konbentzioak desberdinak dira. Zenbait testuliburuk, OpenStax barne, energia-aldaketa jakinarazten dute, energia askatzen denean negatiboa dena; beste batzuek askatutako energia zenbaki positibo gisa jakinarazten dute. Egiaztatu konbentzioa balioak alderatu aurretik. Gas nobleak kenduta, aldi baten eskuinerantz dauden atomoek energia gehien askatzen dute, haien Zeff handiak sartzen den elektroia indarrez erakartzen duelako.

Elektroi-afinitatea ionizazio-energia baino irregularragoa da. Kloroak fluorrak baino energia gehiago askatzen du, 349 kJ/mol 328 kJ/mol-ekin alderatuta, NIST Chemistry WebBook-eko 3.613 eta 3.401 eV-ko balioetan oinarrituta. Fluorraren 2p azpigeruza trinkoan gehitutako elektroiak aldaratze indartsuagoa aurkitzen du. Berilioak, nitrogenoak eta gas nobleek ia ez dute joerarik anioi gaseoso egonkorrak eratzeko, gehitutako elektroia azpigeruza altuago batean sartuko litzatekeelako edo erdi-beteta dagoen batean parekatuko litzatekeelako.

Elektronegatibotasuna molekula bateko atomo batek lotura baten elektroiak erakartzeko duen gaitasuna da. Ionizazio-energiak ez bezala, ez da atomo isolatu batean neurtzen; lotura-energietatik edo beste datu batzuetatik eratortzen da, eta Pauling eskala da hedatuena. Fluorra da altuena, 4.0 inguru. Elektronegatibotasuna aldi batean zehar handitzen da eta talde batean behera txikitzen da, beraz lotura-polaritatea H–F-tik H–Cl eta H–Br-tik H–I-ra jaisten da.

Joera periodikoak azaltzean egiten diren ohiko akatsak

Joeren galderak normalean azalpenaren arabera epaitzen dira, ez ordenaren arabera bakarrik.

Azalpen oso batek konparazioa izendatzen du (geruza bera edo geruza desberdina), Zeff-i edo distantziari zer gertatzen zaion adierazten du, eta aldaketa hori kasuan kontuan hartutako elektroiaren gaineko indarrarekin lotzen du.

• Atomo bat txikiagoa dela esatea elektroi gehiago dituelako. Aldi batean zehar, elektroiak geruza berean sartzen dira; tamaina jaisten da Zeff igotzen delako.
• Talde-joera ‘geruza gehiago’ soilik azaltzea, Zeff talde batean behera gutxi aldatzen dela adierazi gabe.
• Ionizazio-energia aldi batean zehar zorrozki gorakorra dela tratatzea. Egiaztatu 2.tik 13. taldera eta 15.etik 16. taldera doazen urratsak.
• Ioiak karga nuklearraren arabera alderatzea isoelektronikoak diren lehenik egiaztatu gabe.
• Elektroi-afinitatearen zeinu-konbentzioak nahastea eta zenbaki negatiboagoa afinitate txikiagoa dela ondorioztatzea.
• Hainbat taulatako erradioak alderatzea. Erradio kobalenteak, metalikoak eta ionikoak modu desberdinean definitzen dira.
• Atomo batek ‘nahi duenarekin’ azaltzea. Atomoek ez dute helbururik; azaldu erakarpenarekin, distantziarekin eta aldaratzearekin.