🌀 Elektronový obal a konfigurace

Hotel elektronů

O čem to je

Proč sodík bouřlivě reaguje s vodou a neon s ničím? Proč měď vede proud? Odpověď je vždy stejná: záleží na tom, jak jsou v atomu rozmístěné elektrony.

Elektrony neobíhají jádro jen tak nahodile. Obsazují místa podle přesných pravidel – podobně jako hosté v hotelu.

Nové pojmy

Elektronový obalProstor kolem jádra, ve kterém se pohybují elektrony (záporně nabité částice).
OrbitalProstor, kde se elektron s velkou pravděpodobností vyskytuje. V hotelu je to pokoj. Do jednoho pokoje se vejdou nejvýš 2 elektrony.
Vrstva (slupka)Skupina orbitalů s podobnou energií. V hotelu je to patro. Číslují se n = 1, 2, 3… Čím vyšší n, tím dál od jádra a tím vyšší energie.
Typy orbitalů s, p, d, fPokoje mají různé tvary. Typ s je jeden kulatý pokoj, p jsou 3 pokoje, d 5 pokojů, f 7 pokojů.Na 2. patře je jeden pokoj 2s a tři pokoje 2p.
SpinVlastnost elektronu, kterou si můžeš představit jako „otáčení“ na jednu, nebo druhou stranu. Kreslí se šipkou ⬆️ nebo ⬇️.

Tři pravidla hotelu

Výstavbový princip: hosté se ubytují nejdřív v nejlevnějších pokojích – elektrony obsazují orbitaly od nejnižší energie.
Pauliho princip: v jednom pokoji jsou nejvýš dva hosté, a to s opačným spinem ⬆️⬇️.
Hundovo pravidlo: když je na patře víc stejných pokojů (třeba tři p), hosté se nejdřív rozmístí po jednom se stejným spinem, teprve pak se k nim přidávají druzí.
Elektronová konfiguraceZápis, kde jsou elektrony ubytované. Číslo = vrstva, písmeno = typ orbitalu, horní index = počet elektronů.1s² 2s² 2p⁴ – kyslík (celkem 2 + 2 + 4 = 8 elektronů).

Pozor na 4. patro

Pokoj 4s je levnější než pokoje 3d. Proto se zaplní dřív. Pořadí: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p…

Rozmísti 7 elektronů dusíku.
1s: 2 elektrony. 2s: 2 elektrony. Zbývají 3 do tří pokojů 2p – podle Hunda každý do jiného. Zápis 1s² 2s² 2p³. Dusík má 3 nepárové elektrony.
Rozmísti 20 elektronů vápníku.
1s² (2) 2s² (4) 2p⁶ (10) 3s² (12) 3p⁶ (18) – zbývají 2. Jdou do levnějšího 4s, ne do 3d: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s².
Valenční elektronyElektrony v nejvyšší (poslední) vrstvě. Ty se účastní reakcí – jsou to „hosté u okna“.Kyslík 2s² 2p⁴ má 6 valenčních elektronů.

Klepni na kartu: nejdřív si zkus konfiguraci napsat sám.

  • H (Z = 1) – 1s¹
  • C (Z = 6) – 1s² 2s² 2p²
  • O (Z = 8) – 1s² 2s² 2p⁴
  • Na (Z = 11) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
  • Cl (Z = 17) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
✗Kyslík 2p⁴ = ⬆️⬇️ ⬆️⬇️ a třetí p-pokoj prázdný.
✓⬆️⬇️ ⬆️ ⬆️ – nejdřív po jednom do každého pokoje, pak teprve párovat.

Hundovo pravidlo: elektrony se navzájem odpuzují, takže si nejdřív každý vezme vlastní pokoj.

Elektrony obsazují orbitaly od nejnižší energie (4s před 3d), v orbitalu jsou nejvýš dva s opačným spinem a stejné orbitaly se plní nejdřív po jednom.

Pořadí

O čem to je

Elektronová konfigurace je „adresa“ všech elektronů v atomu. Z ní se dá předpovědět, kolik vazeb atom vytvoří, jaký ion tvoří a kde leží v periodické tabulce.

Tady se naučíš přesná pravidla a postup, jak konfiguraci napsat pro libovolný prvek.

Nové pojmy

OrbitalOblast kolem jádra, kde se elektron s vysokou pravděpodobností (asi 95 %) vyskytuje. Pojme nejvýš 2 elektrony.
Kvantová číslaČtyři čísla, která přesně popisují stav elektronu – jako adresa: město, ulice, dům, byt.
Kvantové čísloHodnotyCo určuje
hlavní n1, 2, 3, …energii a velikost orbitalu (vrstvu)
vedlejší l0 až n − 1 (s = 0, p = 1, d = 2, f = 3)tvar orbitalu
magnetické m−l až +lorientaci orbitalu v prostoru
spinové s+½ nebo −½spin elektronu

Z tabulky plyne počet orbitalů: pro p je l = 1, m může být −1, 0, +1 → 3 orbitaly. Pro d je l = 2 → 5 orbitalů.

Typspdf
počet orbitalů1357
max. elektronů261014
Pravidla zaplňováníVýstavbový princip – od nejnižší energie. Pauliho princip – v atomu nemohou být dva elektrony se všemi čtyřmi kvantovými čísly stejnými (proto v orbitalu max. 2 s opačným spinem). Hundovo pravidlo – orbitaly se stejnou energií se nejdřív obsadí po jednom elektronu se stejným spinem.
Kapacita vrstvyVrstva n pojme nejvýš 2n² elektronů.n = 3: 2 · 9 = 18 (3s: 2 + 3p: 6 + 3d: 10).

Postup

Zjisti počet elektronů (= Z u neutrálního atomu).
Plň orbitaly v pořadí: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p…
Do s dej max. 2, do p max. 6, do d max. 10, do f max. 14.
Zkontroluj, že součet horních indexů = počet elektronů.
Zkrácený zápis: vnitřní část nahraď značkou předchozího vzácného plynu v hranaté závorce.
Konfigurace sodíku (Z = 11)?
1s² 2s² 2p⁶ je 10 elektronů – to je konfigurace neonu. Zbývá 1 → 3s¹. Zápis 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ = [Ne] 3s¹.
Konfigurace železa (Z = 26)?
Do argonu (Z = 18): [Ar]. Zbývá 8. Nejdřív 4s² (2), pak 3d⁶ (6). Výsledek [Ar] 3d⁶ 4s² (d se píše před s, protože patří do nižší vrstvy).
Konfigurace chloru (Z = 17) a jeho valenční elektrony?
[Ne] = 10, zbývá 7: 3s² 3p⁵. Zápis [Ne] 3s² 3p⁵. Valenční vrstva je 3. → 2 + 5 = 7 valenčních elektronů.
VýjimkyNapůl nebo úplně zaplněné d-orbitaly jsou zvlášť stabilní. Proto chrom a měď „přetáhnou“ jeden elektron ze 4s do 3d.Cr: [Ar] 3d⁵ 4s¹ (ne 3d⁴ 4s²). Cu: [Ar] 3d¹⁰ 4s¹.

Doplň, který orbital přijde na řadu. Pomůže ti pořadí ze kroků výše.

✗Draslík (Z = 19): [Ar] 3d¹
✓Draslík: [Ar] 4s¹

Orbital 4s má nižší energii než 3d, proto se zaplňuje dřív.

Pořadí 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p…; s ≤ 2, p ≤ 6, d ≤ 10, f ≤ 14 elektronů; vrstva n pojme max. 2n². Valenční elektrony jsou v nejvyšší vrstvě.
⚛️Stavba atomu a izotopy🗺️Periodická soustava prvků