1.5 Układ okresowy - konfiguracja przykłady

W poprzednim poście omówiłam bloki elektronowe i podstawową konfigurację elektronową - jeśli jeszcze masz problem z tymi zagadnieniami to zapraszam do powtórzenia TUTAJ :)

Dzisiejsze zajęcie chciałam poświecić na dalsze rozważania o konfiguracji. Jednak doszłam do wniosku, że najlepiej zrobić kilka przykładów, aby zaznajomić się z tematem, a dopiero później poruszać zagadnienia związane z skróconym opisem i konfiguracją kationów i anionów. Także dzisiaj duża porcja przykładów :) oczywiście zachęcam Was do samodzielnego robienia przykładów, a później sprawdzenia z moimi odpowiedziami.

Przykłady:

Opis Ca (wapń) - jak pamiętasz w poprzednim wątku opis atomu podzieliłam na kilka kroków, teraz też tak będę robic i Ciebie również zachęcam do takiego sposobu (przynajmniej na początek).

1. Krok: Określamy w której grupie, okresie leży dany pierwiastek i w którym jest bloku
2 grupa, 4 okres, blok s

2. Krok: Określamy ile ma powłok, elektronów i elektronów walencyjnych
Ilość powłok: 4 (o tym informuje nas okres)
Ilość elektronów: 20 (o tym informuje liczba atomowa)
Ilość elektronów walencyjnych: 2 (o tym informuje grupa)

3. Krok: Określamy zapełnienie powłok na symbolach literowych (K, L, M...)
Powłoka K (pierwsza): 2
Powłoka L (druga): 8
Powłoka M (trzecia): 8
Powłoka N (czwarta): 2

Mam nadzieję, że pamiętasz (jak nie to odśwież swoje wiadomości), że na powłoce M maksymalnie może byc 18 elektronów, ale w konfiguracji wapnia jest tylko 8 elektronów, więc ta powłoka nie jest całkowicie zapełniona, teraz nasuwa się pytanie - Jak ustalić ile elektronów znajduje się na trzeciej powłoce M?

Metoda jest bardzo prosta. Wiemy, że łącznie atom wapnia ma 20 elektronów, a elektronów walencyjnych (na ostatniej powłoce N) jest 2. Natomiast pierwsze dwie powłoki (K i L) są całkowicie obsadzone, czyli na K jest 2, a na L jest 8. Z tych informacji wyliczamy ile powinno byc elektronów na trzeciej (M) powłoce:

20 - 2 - 2 -8 = 8

20 - wszystkie elektrony
2 - elektrony walencyjne, na powłoce N
2 - elektrony na powłoce K
8 - elektrony na powłoce L

Wynik mówi nam ile elektronów jest na powłoce M - prawda, że proste? :)

4. Krok: Określamy całkowitą konfiguracje elektronową (patrzymy na schemat zapełniania powłok)

1s2  2s2  2p6  3s2 3p6 4s2


5. Krok: Zaznaczamy elektrony walencyjne i zapisujemy je w systemie klatkowym
Elektrony walencyjne: 4s2

4s

6. Krok: Wyznacz wszystkie liczby kwantowe dla elektronów walencyjnych
n = 3
l = 0
m = 0
ms= 1/2,  -1/2

Opis atomu Ni (nikiel):

1. Krok: Określamy w której grupie, okresie leży dany pierwiastek i w którym jest bloku
10 grupa, 4 okres, blok d


2. Krok: Określamy ile ma powłok, elektronów i elektronów walencyjnych
Ilość powłok: 4
Ilość elektronów: 28
Ilość elektronów walencyjnych: 10

3. Krok: Określamy zapełnienie powłok na symbolach literowych (K, L, M...)
Powłoka K: 2
Powłoka L: 8
Powłoka M: 16
Powłoka N: 2

4. Krok: Określamy całkowitą konfiguracje elektronową (patrzymy na schemat zapełniania powłok)
1s2  2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d8

5. Krok: Zaznaczamy elektrony walencyjne i zapisujemy je w systemie klatkowym
Elektrony walencyjne: 4s2  3d8 

4s    3d  

6. Krok: Wyznacz wszystkie liczby kwantowe dla elektronów walencyjnych
n = 4                          n = 3
l = 0                           l = 2 
m = 0                         m = -2, -1, 0, 1, 2
ms= 1/2,  -1/2            ms = 1/2,  -1/2,  1/2,  -1/2,  1/2,  -1/2,  1/2,  1/2


Opis atomu Ag (srebro) - WYJĄTEK!:

1. Krok: Określamy w której grupie, okresie leży dany pierwiastek i w którym jest bloku
11 grupa, 5 okres, blok d

2. Krok: Określamy ile ma powłok, elektronów i elektronów walencyjnych
Ilość powłok: 5
Ilość elektronów: 47
Ilość elektronów walencyjnych: 11

3. Krok: Określamy zapełnienie powłok na symbolach literowych (K, L, M...)
Powłoka K: 2
Powłoka L: 8
Powłoka M: 18
Powłoka N: 18
Powłoka O: 1

4. Krok: Określamy całkowitą konfiguracje elektronową (patrzymy na schemat zapełniania powłok)
1s2  2s2  2p6  3s2  3p6  4s2  3d8  4p6  5s1  4d10

5. Krok: Zaznaczamy elektrony walencyjne i zapisujemy je w systemie klatkowym
Elektrony walencyjne: 5s1  4d10

5s    4d  

6. Krok: Wyznacz wszystkie liczby kwantowe dla elektronów walencyjnych
n = 5                          n = 4
l = 0                           l = 2 
m = 0                         m = -2, -1, 0, 1, 2
ms= 1/2                     ms = 1/2,  -1/2,  1/2,  -1/2,  1/2,  -1/2,  1/2,  -1/2,  1/2,  -1/2 

Opis atomu Cl (chlor):

1. Krok: Określamy w której grupie, okresie leży dany pierwiastek i w którym jest bloku
17 grupa, 34 okres, blok p

2. Krok: Określamy ile ma powłok, elektronów i elektronów walencyjnych
Ilość powłok: 3
Ilość elektronów: 17
Ilość elektronów walencyjnych: 7

3. Krok: Określamy zapełnienie powłok na symbolach literowych (K, L, M...)
Powłoka K: 2
Powłoka L: 8
Powłoka M: 7


4. Krok: Określamy całkowitą konfiguracje elektronową (patrzymy na schemat zapełniania powłok)
1s2  2s2  2p6  3s2  3p5 

5. Krok: Zaznaczamy elektrony walencyjne i zapisujemy je w systemie klatkowym
Elektrony walencyjne: 3s2 3p5

 3s    3p  

6. Krok: Wyznacz wszystkie liczby kwantowe dla elektronów walencyjnych
n = 3                          n = 3
l = 0                           l = 1
m = 0                         m = -1, 0, 1
ms= 1/2,  -1/2            ms = 1/2,  -1/2,  1/2,  -1/2,  1/2



Na dzisiaj to tyle. Planowałam wytłumaczyć w tym poście skrócony opis oraz konfigurację kationów i anionów, ale co za dużo to niezdrowo, więc zostawiam Was z porcją przykładów jak opisywać atomy, a dopiero w następnym wpisie powrócimy do teorii. 

Spróbujcie nadrobić zaległości, jeżeli jakieś macie i zapraszam do czytania kolejnych postów :)

Powodzenia!



   
  
  

1.4 Układ okresowy - bloki elektornowe i konfiguracje

Po długiej nieobecności powracam!

Przypominam, że naszym ostatnim tematem były liczby kwantowe. Dla przypomnienia szybko je powtórzymy, aby dalej kontynuować naukę o chemii :)

1. Główna liczba kwantowa n - określa powłokę, po której krąży elektron. O główniej liczbie kwantowej informuje okres (wciąż masz z tym problem zapraszam to powtórzenia tego postu).

2. Poboczna liczba kwantowa l - określa na jakiej podpowłoce znajduje się elektron. Poboczna liczba przybiera wartości od 0 do n-1

3. Magnetyczna liczba kwantowa m - określa przestrzenne ułożenie się orbitali podpowłok, przyjmuje wartości -l < m < l (tutaj jest "el" czyli poboczna liczba kwantowa)

4. Magnetyczna spinowa liczba kwantowa ms - związana z obrotem elektronu wokół własnej osi. Przyjmuje dwie wartości: 1/2 dla strzałki w górę oraz  -1/2 dla strzałki w dół.

OK! Liczby kwantowe powtórzone, teraz czas na Zakaz Pauliego i Regułę Hunda:
* nie mogą istnieć dwa elektrony o identycznym stanie kwantowym, czyli o tych samych wartościach czterech liczba kwantowych - przynajmniej musi być jedna różnica
* przy zaznaczaniu elektronów w "kwadracikach" zaczynamy od strzałki w górę
* zaznaczając elektrony na początku trzeba każdy kwadracik zapełnić strzałkami w górę, a dopiero później w dół


Teraz wiemy już wszystko z poprzednich zajęć, ale czym są bloki elektronowe? 

Bloki elektronowe stanowią grupy pierwiastków, które mają podobną konfiguracje elektronów walencyjnych, czyli tych na ostatniej powłoce.

Jak widzisz, wyróżniamy 4 bloki elektronowe:

1. Blok s (zielone pole) - stanowią go pierwiastki 1 i 2 grupy układu okresowego oraz Hel, w których elektrony walencyjne równają się grupie układu okresowego, np: Mg (magnez) leży w 2 grupie układu okresowego, więc ten pierwiastek ma 2 elektrony na ostatniej powłoce (walencyjnej).

elektrony walencyjne = numer grupy

2. Blok p (pomarańczowe pole) - stanowią go pierwiastki od 13 do 18 grupy (z wyjątkiem Helu - jest w bloku s patrz wyżej). W tym bloku ilośc elektronów walencyjnych jest równa numerowi grupy pomniejszonego o 10, np: C (węgiel) leży w 14 grupie układu okresowego, więc ma 4 elektrony walencyjne (14 -10=4=elektrony wal.)

elektrony walencyjne = numer grupy - 10

3. Blok d (żółte pole) - stanowią go pierwiastki od 3 do 12 grupy układu okresowego, w tym przypadku ilośc elektronów walencyjnych jest równa numerowi grupy, np: Fe (żelazo) leży w 8 grupie, więc ma 8 elektronów walencyjnych. Ale uwaga! W bloku d elektrony walencyjne znajdują się na dwóch powłokach - ostatniej powłoce elektron jest na orbitalu s, a na przedostatniej na orbitalu d. Zazwyczaj orbital s jest w pełni obsadzony, czyli ma 2 elektrony, lecz istnieją wyjątki i mają one 1 elektron na orbitalu s:

WYJĄTKI: Ca (wapń), Cr (chrom), Nb (niob), Mo (molibden), Ag (srebro), Ru (ruten), Rh (rod)

elektrony walencyjne = numer grupy (ale elektrony są na różnych powłokach!)


4. Blok f -  stanowią lantanowce, ale ta konfiguracja jest zbyt skomplikowania i nią nie będziemy się zajmować :)


Poznaliśmy już bloki elektronowe, teraz musimy przejść do konfiguracji i opisu elektronowego pierwiastków, więc do dzieła!

 Co to jest konfiguracja elektronowa?

Jest to opis atomu, w którym przedstawiamy rozmieszczenie elektronów danego pierwiastka na poszczególnych powłokach, podpowłokach i orbitalach. Opisu tego dokonujemy za pomocą liczb kwantowych.

 Aby rozpisywać konfiguracje elektronową musimy przypomnieć kilka istotnych szczegółów:

1. Ile elektronów ma pierwiastek?
Ten problem poruszaliśmy w temacie 1.2 Układ okresowy - pierwiastki i jeżeli uważnie czytałeś bloga to na pewno pamiętasz, że liczbę elektronów określa liczba atomowa

Liczba masowa A określa sumę protonów i neutronów
Liczba atomowa Z określa liczbę protonów i elektronów, czyli:

liczba elektronów = liczba protonów = Z (liczba atomowa)
liczba neutronów = A - liczba protonów = A - Z

2. Maksymalna liczba elektronów na powłokach:
O tym mówiliśmy w rozdziale 3 o liczbach kwantowych - jeżeli masz problem z tymi zagadnieniami wróc do poprzedniej lekcji :)
 

Symbol powłoki	Główna liczba kwantowa n	Max. liczba elektronów 2n2
K	1	2
L	2	8
M	3	18
N	4	32
O	5	50
P	6	72
Q	7	98

3. Maksymalna liczba elektronów na podpowłokach/orbitalach:

Symbol podpowłoki	Wartość pobocznej liczby kwantowej l	Maksymalna liczba elektronów 4l+2
s	0	2
p	1	6
d	2	10
f	3	14

 
Koniec powtarzania! Czas na nowe rzeczy!

Chcą ustalić konfiguracje elektronową musimy pamiętać o kolejności zapełniania powłok i podpowłok, jest to związane z energią, ale nie będę tego Wam tutaj wykładać, jeżeli ktoś jest zainteresowany to piszcie w komentarzach, a rozwinę ten temat :)





Powyższy schemat pokazuje nam kolejność zapełniania się podpowłok i powłok, zgodnie z niebieskimi strzałkami.
Dla ułatwienia odczytam Wam tą kolejnośc (oczywiście zachęcam abyście zrobili to sami, a później sprawdzili ze mną): 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s .... i tak dalej

Jak pewnie zauważyłeś, że w pewnym momencie główne liczby kwantowe (czyli te duże cyferki) zaczynają nam się plątać i nie jest tak jak w podstawówce uczono :)

Teraz już wszystko omówiliśmy i zajmiemy się przykładami.

Wyznaczmy konfiguracje elektronową, dla Na (sód):
1 Krok: Określamy w której grupie, okresie leży i w którym jest bloku
 1 grupa, 3 okres, blok s

2. Krok: Określamy ile ma powłok, elektronów i elektronów walencyjnych
Ilość powłok: 3 (mówi o tym okres patrz początek post)
Ilość elektronów: 11 (mówi o tym liczba atomowa - patrz wyżej)
Ilośc elektronów walencynych: 1 (mów o tym grupa, bo jest w bloku s - patrz wyżej)

3. Krok: Określamy zapełnienie powłok na symbolach literowych (K, L, M...)
powłoka K (pierwsza): 2 - jest całkowicie zapełniona
powłoka L (druga): 8 - jest całkowicie zapełniona
powłoka M (trzecia): 1 (bo wszystkich elektronów jest 11, a dwóch pierwszych powłokach jest 10, czyli został 1)

Jeżeli masz problem ile elektronów mieści się na danej powłoce to jeszcze raz przejrzyj post :)

4. Krok: Określamy całkowitą konfiguracje elektronową (patrzymy na schemat zapełniania powłok)
1s2  2s2  2p6  3s1
Cyfra przed orbitalem, czyli literka s lub p to główna liczba kwantowa
Cyfra za orbitalem (poprawny zapis jest taki gdy ta cyfra "za" orbitalem jest w indeksie górny, mniej-więcej jak potęga) oznacza ilośc elektronów na tym orbitalu.

5. Krok: Zaznaczamy elektrony walencyjne i zapisujemy je w systemie klatkowym
Elektrony walencyjne to : 3s1

3s  

6. Krok: Wyznacz wszystkie liczby kwantowe dla elektronów walencyjnych
n główna liczba kwantowa = 3 (duża cyfra z przodu)
l "el" poboczna liczba kwantowa = 0 (bo orbital s)
m magnetyczna liczba kwantowa = 0
ms spinowa liczba kwantowa = 1/2 (bo strzałka w górę)

Zadanie domowe:
Według powyższego wzoru spróbuj sam opisać takie pierwiastki jak: Sr (stront), S (siarka), Zn (cynk). 

Mam nadzieję, że poradzisz sobie z tym zadaniem i czekam na Twoje odpowiedzi w komentarzu. Oczywiście jeżeli coś jest niejasne to pisz do mnie, a jeszcze raz spróbuje to wytłumaczyc, ale nie przejmuj się! Ten post był wyjątkowo długi i omówiłam dopiero jeden przykład, więc masz prawo czegoś nie rozumiec.

Na następnych zajęciach będę kontynuowac konfiguracje elektronową - zrobię kilka przykładów dla atomów, a później zajmę się kationami i anionami. 

Powodzenia! :)