Elektrónová konfigurácia
V atómovej fyzike a kvantovej chémii opisuje elektrónová konfigurácia rozmiestnenie elektrónov atómu, molekuly alebo inej fyzickej štruktúry v atómovom alebo molekulovom orbitáli. Napríklad, elektrónová konfigurácia neónového atómu je 1s² 2s² 2p⁶.
Kvantové číslaUpraviť
Stav elektrónu v atóme opisujú štyri kvantové čísla. Prvé tri čísla sú celé a opisujú vlastnosti príslušného atómového orbitálu.
Kvantové číslo | Značka | Rozsah | Popis |
---|---|---|---|
Hlavné kvantové číslo | n | len prirodzené čísla, 1 a viac | určuje energiu orbitálu, tiež popisuje vzdialenosť orbitálu od atomového jádra |
Vedlejšie kvantové číslo | l | celočíselné, 0 až n−1 | orbitálny moment hybnosti elektrónu, ktorým určuje tvar atomového orbitálu |
Magnetické kvantové číslo | m | celočíselné, −l až +l | magnetický moment hybnosti elektrónu, popisuje priestorovú orientáciu atomového orbitálu |
Spinové kvantové číslo | s | +½ alebo −½ | Spin je vnútorná vlastnosť elektrónu a je nezávislá na predchádzajúcich kvantových číslach, určuje "rotáciu" elektrónu |
PeriódyUpraviť
Periodická tabuľka prvkov je rozdelená do vodorovných radov a zvyslích stĺpcov. Vodorovné rady sa nazývajú periódy. Periódy súvisia s polohou daného prvku v periodickej tabuľke a s jeho chemickými vlastnosťami. Poradové číslo periódy je totožné s hlavným kvantovým číslom poslednej obsadzovanej vrstvy. Poznáme základné 4 periódy:
Prvá periódaUpraviť
Prvá perióda sa označuje písmenom K. V prvej perióde (n = 1) sa nachádzajú dva prvky – vodík a hélium, pretože hlavnému kvantovému číslu n = 1 pripadá jediná hodnota vedľajšieho kvantového čísla l (l = 0). Z toho vyplýva, že prvá vrstva elektrónového obalu obsahuje iba jeden orbitál typu s. K jeho úplnému obsadeniu sú potrebné 2 elektróny.
Druhá periódaUpraviť
Druhá perióda sa označuje veľkým písmenom L. Druhá perióda (n = 2) obsahuje celkovo osem prvkov. Tieto prvky majú úplne zaplnenú prvú vrstvu (2 elektróny v orbitály 1s). Ostavajúce elektróny a ich obaly sa nachádzajú v orbitáloch poslednej (v tomto prípade v druhej) vrstvy. Lítium a berýlium majú svoje elektróny v orbitále 2s, ostávajúcich šesť prvkov (B, C, N, O, F, Ne) doplňuje elektróny aj do orbitálu 2p, ktoré majú v porovnaní s orbitálom 2s vyššiu energiu.
Tretia periódaUpraviť
Tretia perióda sa označuje veľkým písmenom M. Atómy prvku tretej periódy (n = 3) majú svoje elektróny v orbitáloch 1s, 2s, 2p, 3s a 3p. Najvyššiu energiu majú orbitály 3p, ktoré sú spoločné s orbitálami 3s súčasťou tretej vrstvy elektrónového obalu.
Štvrtá periódaUpraviť
Štvrtá perióda sa označuje veľkým písmenom N. Vo štvrtej perióde (n = 4) je situácia zložitejšia. V predchádzajúcej kapitole sme si vysvetlili, že elektróny draslíku a vápnika zaplavujú orbitál 4s, ktorý je súčasťou poslednej (štvrtej) vrstvy elekrónového obalu. Potom nasleduje desať prvkov (od skandia až po zinok), ktorého elektróny vstupujú do orbitálu 3d.
Elektrónová
vrstva |
Typ
orbitálov |
Počet
orbitálov |
Maximálny
počet elektrónov v orbitáloch |
Symbol
zaplnených orbitálov |
Maximálny
počet elektrónov vo vrstve | |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | K | 1s | 1 | 2 | 1s2 | 2 |
2 | L | 2s
2p |
1
3 |
2
6 |
2s2 2p6 |
8 |
3 | M | 3s
3p 3d |
1
3 5 |
2
6 10 |
3s2 3p6 3d10 |
18 |
4 | N | 4s
4p 4d 4f |
1
3 5 7 |
2
6 10 14 |
4s2 4p6 3d10 4f14 |
32 |
OrbitályUpraviť
V skratke, je orbitál priestor, v ktorom sa vyskytuje elektrón v atóme. Poznáme 4 základne typy orbitálov:
Orbitál sUpraviť
Orbitál s je najzákladnejší typ orbitálu. Vyskytuje sa vo všetkých elektrónových vrstvách vo všetkých prvkoch. Má guľovito symetrický tvar. Jeho polomer a energia narastájú s narastajúcim číslom elektrónovej vrstvy. Maximálne môže obsahovať 2 elektróny. Orbitál s má vedľajšie kvantové číslo 0.
Orbitál pUpraviť
Orbitál p má tvar priestorovej osmičky. Začína sa vyskytovať sa od druhej sféry L, na prvej vrstve K sa tento orbitál nevyskytuje. Sú navzájom na seba kolmé a sú energeticky rovnocenné. V orbitále p sa môže vyskytovať najviac 6 elektrónov. Vedľajšie kvantové číslo pre orbitál p je 1.
Orbitál dUpraviť
Orbitál d sa začína nachádzať od tretej vrstvy M. Štyri majú tvar priestorového štvorlístka a jeden má tvar priestorovej osmičky s prstencom. Ako pri orbitály p sú orbitály v rovnakej vrstve energeticky rovnocenné. Môže sa v ňom nachádzať až 10 elektrónov.
Orbitál fUpraviť
Orbitál f má priestorovo zložitejšie tvary. Môže sa v ňom nachádzať až 14 elektrónov. Začína sa od štvrtej vrstvy a na jednej sfére sú energeticky rovnako nabité.[1]
Vrstva | Označenie
orbitálu s |
Označenie
orbitálu p |
Označenie
orbitálu d |
Označenie
orbitálu f |
---|---|---|---|---|
K | 1s | 1p | 1d | 1f |
L | 2s | 2p | 2d | 2f |
M | 3s | 3p | 3d | 3f |
N | 4s | 4p | 4d | 4f |
O | 5s | 5p | 5d | 5f |
P | 6s | 6p | 6d | 6f |
Pravidlá zaplňovania orbitálov elektrónmiUpraviť
Poznáme 3 pravidlá, ktoré opisujú, akým spôsobom je elektrónový obal zaplňaný elektrónmi:
Pauliho princípUpraviť
V každom orbitáli môžu byť najviac dva elektróny, ktoré sa líšia spinovým kvantovým číslom.
Hundovo pravidloUpraviť
Orbitály s rovnakou energiou sa obsadzujú najskôr každý po jednom elektróne.
Výstavbový princípUpraviť
Orbitály s nižšou energiou sa zaplnia elektrónmi skôr ako orbitály s vyššou energiou. Energia orbitálu sa zvyšuje s rastúcou hodnotou súčtu hlavného (n) a vedľajšieho kvantového čísla (l). Ak majú dva rôzne orbitály rovnaký súčet n + l, potom je rozhodujúca hodnota hlavného kvantového čísla. Orbitál, ktorého hodnota n je menšia, má nižšiu energiu, a preto sa zaplní elektrónmi rýchlejšie.
1s | 2s | 2p | 3s | 3p | 4s | 3d | 4p | 5s | 4d | 5p | 6s | 4f | 5d | 6p |
Znázorňovanie orbitálovUpraviť
Znázorňovanie orbitálov pomocou priestorových tvarov je veľmi zdĺhavé a graficky náročné. Preto boli zavedené nasledujúce postupy:
Zápis orbitálu pomocou vedľajšieho a hlavného číslaUpraviť
Jednotlivé orbitály je možné zapísať pomocou hlavného a vedľajšieho kvantového čísla. Hlavné kvantové číslo sa zapisuje pomocou veľkého arabského čísla za ktorým nasleduje malé písmenko, ktoré opisuje typ orbitálu (s, p, d, f), určený je pomocou vedľajšieho kvantového čísla l. Počet elektrónov v orbitáloch sa zapisuje pomocou exponentu.[2]
typ orbitálu | s | p | d | f |
---|---|---|---|---|
vedlajšie kvantové číslo I | 0 | 1 | 2 | 3 |
Zápis orbitálu pomocou rámčekovUpraviť
V znázorňovaní orbitálov pomocou rámčekov sa všetky orbitály znázorňujú rovnako veľkými rámčekmi.
Jednotlivé elektróny sa znázorňujú pomocou šípiek:
Externé odkazyUpraviť
- ↑ ŠIS chémia - Učebné texty - Atóm a jeho zloženie [online]. kekule.science.upjs.sk, [cit. 2022-02-20]. Dostupné online.
- ↑ Aleš Mareček – Jaroslav Honza: Chemie pro čtyrletá gymnázia, Nakladatelství Olomouc 1988, ISBN 80-7182-055-5