Periodiciteit en de Structuur van Atomen College 7b, ACH11 (HO5b) E. Kamst

5.12 Elektronenconfiguratie van multi-elektron atomen De verdeling van de elektronen in atomen met meerdere elektronen kan met alle voorgaande info voorspeld worden. Er zijn 3 regels voor die het aufbau principe worden genoemd: 1: Elektronen gaan als eerste naar een orbitaal met de minste energie. 2: Een orbitaal kan zich met slechts max. 2 elektronen vullen, die tegengesteld zijn in spin (Ms, spinkwantumgetal). 3: bij meerdere orbitalen met dezelfde energie (bijv. px, py, en pz) worden alle orbitalen eerst met 1 elektron gevuld met hetzelfde spin getal. Het resultaat is de grondtoestand van de electronen configuratie van een atoom. De schrijfwijze is als volgt: H: 1s1 He:1s2 Li: 1s2 2s1 etc. O: 1s22s22px22py22pz1 Meestal wordt er voor een kortere schrijfwijze gekozen door (a) Geen onderscheid te maken tussen de verschillende orbitalen in een subschil (2px22py22pz1 = 2p5). (b) Door de gevulde schillen als het symbool van het edele gas in de voorgaande rij aan te geven:

5.12 Elektronenconfiguratie van multi-elektron atomen Soms worden ook orbitaal-vullings diagrammen gebruikt om zo ook het spinkwantumgetal te kunnen aangeven: Van Argon naar Kalium vindt de eerste crossover plaats en wordt het 4s orbitaal dus eerst gevuld en daarna pas het 3d orbitaal: Ar: [Ne]3s23p6 → K: [Ar]4s1

5.14 elektronenconfiguraties en het periodieke systeem Wat hebben electronenconfiguraties te maken met het periodiek systeem??? Waarom zijn elektronenconfiguraties belangrijk??? Per groep blijken de atomen eenzelfde aantal elektronen in de buitenste schil te hebben. Dit worden de valentie-elektronen genoemd. Deze valentie-elektronen zijn meestal bepalend voor de eigenschappen van een element.

grondtoestand van de verschillende elementen 5.12 Elektronenconfiguratie van multi-elektron atomen Een overzicht van de experimenteel vastgestelde elektronenconfiguraties in de grondtoestand van de verschillende elementen

5.14 elektronenconfiguraties en het periodieke systeem In het periodiek systeem kan een indeling worden gemaakt naar valentie elektronen en de buitenste schil. Op deze manier is ook de vulvolgorde van de schillen te zien: s-blok: resultaat van vullen s-orbitaal p-blok: resultaat van vullen p-orbitaal d-blok: resultaat van vullen d-orbitaal f-blok: resultaat van vullen f-orbitaal lage energie hoge energie 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p

5.13 Afwijkende elektronenconfiguraties Soms wijken electronenconfiguraties af van de regels. Dit a.g.v. de buitengewone stabiliteit van zowel half als volledig gevulde subschillen: V: [Ar]4s23d3 → Cr: [Ar]4s13d5 i.p.v. [Ar]4s23d4 (1 gevulde subschil wordt geruild voor 2 halfgevulde subschillen) Cu: [Ar]4s13d10 i.p.v. [Ar]4s23d9 (1 gevulde subschil wordt geruild voor een (andere) gevulde + een halfgevulde subschil) Algemeen geldt hier dat het energieniveau wordt verlaagd a.g.v. de afname in elektron- elektron afstoting. Dit effect komt bij 19 elementen voor en speelt zich vooral af wanneer Z > 40 als de energieverschillen tussen de subschillen zeer klein zijn

5.14 elektronenconfiguraties en het periodieke systeem S-blok lage energie 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p P-blok hoge energie D-blok F-blok

5.15 elektronenconfiguraties en de straal van atomen De straal van een atoom wordt berekend door de helft van de afstand tussen 2 kernen te nemen wanneer 2 identieke atomen covalent binden. Deze waardes blijken ook vrij goed te kloppen wanneer 2 verschillende atomen een covalente binding aangaan

5.15 elektronenconfiguraties en de straal van atomen De straal van de atomen neemt toe want er wordt een grotere valentie- schil bezet De straal neemt af want de Zeff neemt toe (Z neemt toe, terwijl shielding nauwelijks toeneemt omdat de extra elektronen dezelfde schil bezetten, terwijl shielding vooral sterk is voor de binnenste schillen)

Zelfstudie Leerstof: McMurray-Fay, Ho5: Periodiciteit en de structuur van atomen: § 5.10 t/m 5.15 Opgaven 5.17, 5.18, 5.58, 5.66, 5.72 extra opgaven 11 t/m 15