Chemia dla liceum/Chemia kwantowa/Zakaz Pauliego

Z Wikibooks, biblioteki wolnych podręczników.

[edytuj] Zakaz Pauliego

W atomie nie mogą istnieć dwa elektrony mające takie same wartości wszystkich czterech liczb kwantowych.

Konfiguracja elektronowa jest to rozmieszczenie elektronów na powłokach i podpowłokach (czyli przyporządkowanie elektronom głównej i pobocznej liczby kwantowej).

Liczba powłok zgadza się z numerem okresu, a ilość elektronów walencyjnych zgadza się z grupą główną.

Przykłady:                                                                  (podkreślone elektrony – to elektrony walencyjne)

• ₇N -> K² L⁵
  
• ₇N -> 1s²2s²2p³
  
• ₁₇Cl -> K² L⁸ M⁷
  
• ₁₇Cl -> 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ 7 elektronów walencyjnych, 7 grupa główna

Podział układu okresowego na bloki energetyczne:

Hel znajduje się po prawej stronie, bo jest gazem i niemetalem. Powinien jednak znaleźć się po lewej stronie, gdyż należy do bloku s.

Przy opisywaniu elektronów należy pamiętać, że:

gdzie n to wartość głównej liczby kwantowej, a x to liczba całkowita dodatnia.

Przykłady:                                                                  (podkreślone elektrony, to elektrony walencyjne)

• ₅₆Ba: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²
• ₅₁Sb: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p³
• ₄₇Ag: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d⁹
• ₆₆Dy: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²5d¹4f⁹
• ₈₂Pb: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p²
• ₇₈Pt: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d⁸
• ₈₈Ra: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p²7s²

Elektrony walencyjne to elektrony znajdujące się na ostatniej powłoce, ale tylko dla grup głównych.

gdzie n to główna liczba kwantowa.

Oczywiście są wyjątki (patrz dalej).

Opis poziomów orbitalnych jest to rozmieszczenie elektronów na poziomach orbitalnych.

Np. ₇N 1s²2s²2p³

         	
      1s         2s                 2p

	1ē	2ē	3ē	4ē	5ē	6ē	7ē
n	1	1	2	2	2	2	2
l	0	0	0	0	1	1	1
m	0	0	0	0	-1	0	1
ms	½	-½	½	-½	½	½	½

Reguły określające sposób rozmieszczenia elektronów na poziomach orbitalnych:

• Zakaz Pauliego
• Reguła Hunda: przy zapełnianiu poziomów orbitalnych podpowłok p, d, lub f istnieje dążność do zajmowania najpierw kolejnych poziomów orbitalnych przez pojedyncze elektrony o takiej samej orientacji spinu.

Przykłady:

• - źle
  
• - źle
  
• - dobrze
  
• - dobrze, choć nie stosuje się tego zapisu
  
• - dobrze
  
• - dobrze
  
• - źle
  
• - źle
  

Przy zapisywaniu konfiguracji elektronowej czasami podaje się symbol helowca mającego jak największą masę (ale mniejszą niż opisywany pierwiastek) oraz elektrony walencyjne. Przykłady:

• ₅₆Ba [Xe] 6s², zamiast napisać: ₅₆Ba 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²
• ₅₁Sb [Kr] 5s²5p³, zamiast napisać: ₅₁Sb 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²5p³
• ₄₇Ag [Kr] 5s²4d⁹, zamiast napisać: ₄₇Ag 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d⁹
• ₇₈Pt [Xe] 6s²5d⁸, zamiast napisać: ₇₈Pt 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d⁸

Najważniejsze wyjątki:

• ₂₄Cr napisalibyśmy, że ma konfigurację elektronową:

₂₄Cr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴, ale w rzeczywistości posiada konfigurację: ₂₄Cr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵

• ₂₉Cu 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁹, ale w rzeczywistości posiada konfigurację:

₂₉Cu 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰

Dzieje się tak ponieważ konfiguracje: 4s¹3d⁵, 4s¹3d¹⁰ są bardzo trwałe i w atomach, które mają konfigurację 4s²3d⁴ lub 4s²3d⁹ jeden z elektronów na podpowłoce s „przechodzi” na podpowłokę d.

[edytuj] Ćwiczenia