Ø Az
elemek periódusos rendszere, felépítésének elve. Fő- és mellékcsoportok.
§
alapját az alhéjak energiaszint-sorrendje
képezi, mely alapján megadható az elemek alapállapotú
elektronkonfigurációja §
a táblázatban vízszintes elrendezésben arab
számokkal jelölve a periódusokat találjuk
§
az első periódus (K-héj) a H-nel kezdődik és a
He-mal zárul
§
a második periódus (L-héj) a Li-mal kezdődik (1s22s1)
és a Ne-nal zárul, melynek
elektronkonfigurációja 1s22s22p6, így külső
elektronhéja lezárt
§
a harmadik periódus (M-héj) első eleme a Na,
mely elektronkonfigurációja 1s22s22p62s1
§
az argonatomban a 3s- és 3p-pályák teljesen fel
vannak töltve, így a 3d-pályáknak kellene a következő elemben megnyílnia, de
mivel ennek energiája túl nagy, először a K-ban a 4s-pálya nyílik meg, így
annak elektronkonfigurációja 1s22s22p63s23p64s1
§
ugyanígy a Ca-ban 1s22s22p63s23p64s2
§
a Sc-ban (Ca után) már a 4p-pályák előtt 3d is
megbyílik, igy annak elektronkonfigurációja 1s22s22p63s23p63d14s2
§
az ötféle 3d-pályára összesen tíz elektron
léphet be ®
szkandiumtól a cinkig ez valósul meg az elemek elektronkonfigurációjában
§
a Zn-től kezdve az elektronok közötti taszítóerő
energiája összemérhető a 4s- és 3d-pályák közötti energiakülönbséggel, így
nehéz lesz megjósolni a fokozatos feltöltődés elve szerint, hogy milyen is lesz
az alapállapothoz tartozó elektronkonfiguráció
§
a galliumtól (Ga) kezdve a 3d-pályák energiája
már annyival kisebb a 4s- és 4p-pályák energiájánál, hogy a fokozatos
feltöltődés elvét alkalmazhatjuk
§
a negyedik periódus (N-héj) a Kr-nal végződik,
amíg az Ar-tól 18 elektron épült be az elektronburokba ® ez az első hosszú
periódus
§
a d-mező elemeiben (átmenetifémek)
létezésében a 3d-pályák fokozatos feltöltődése tükröződik
§
a hatodik és hetedik periódusban az f-pályák
hasonló feltöltődése miatt lépnek fel az f-mező elemei (lantanoidák és
aktinoidák)
§
a külső elektronkonfiguráció alapján
beszélhetünk még s-mező (alkálifémek és alkáliföldfémek), valamint a p-mező
(bórcsoport, széncsoport, nitrogéncsoport, oxigéncsoport, halogének és
nemesgázok) elemeiről
§
a függőlegesen kialakított főcsoportok (római
számokkal jelöljük) elemi a vegyértékkonfigurációjuk azonossága miatt hasonló
tulajdonságokkal rendelkeznek (pl. az első főcsoportban az alkálifémeknek mind ns1
a vegyértékkonfigurációja)
§
érdemes megjegyezni a VIII. főcsoport elemeiről,
hogy ezek a nemesgázok, melyek közös tulajdonsága, hogy rendkívül nehezen
vihetők reakcióba, éppen az elektronkonfigurációjuk miatt: a He 1s2
elektronkonfigurációjú, az összestöbbi vegyértékkonfigurációja ns2np6,
tehát mindnek lezárt a vegyértékhéja
§
az s- és p-mező elemei alkotják a főcsoportokat,
ahol a legkülső elektronhéjakat vegyértékhéjnak is szokás nevezni, mivel
az itt lévő elektronok a kötések kialakításában vesznek részt
§
a d-mező elemei adják a mellékcsoportokat
§
a periódusos rendszerben haladva megfigyelhetők
ún. periodikus tulajdonságok (atomrádiusz, ionizációs energia,
elektronaffinitás alakulása)
§
az atomrádiuszt a magtöltés és az
elektronkonfiguráció határozza meg; egy perióduson belül a rendszám
növekedésével csökken az atomrádiusz, mert a megnövekedett magtöltés a külső elektonhéj
kontrakcióját okozza; az oszlopokban lefelé haladva az atomátmérő növekszik a
növekvő rendszámmal, mert a legkülső orbitálok azonos típusúak, és a rendszám
növekedésével egyre több
elektronhéj tartozik az atomhoz
§
az ionizációs energia és az elektronaffinitás
alakulását lásd később
Ø A
kvantumszámok jelentősége, Pauli- és Hund-szabály
§
a kvantumszámokat az atomorbitálok illetve az
azokon található elektronok megkülönböztetésére illetve azonosítására
használjuk
§
az elektronhéjak felépülése bizonyos szabályok
szerint történik, melyek összefüggésben vannak a kvantumszámokkal
§
Pauli-elv: egy atomon belül nem lehet két
olyan elektron, amelynek mind a négy kvantumszáma azonos, az atomon belüli
minden elektronra jellemző kvantumszámkészlet legalább egy kvantumszámban
különbözik: n, l, ml, és ms. Mivel a kvantumszámok
energiaszinteket is megjelölnek, ezért azt is mondhatjuk, hogy egy atomon belül
nem lehet két egyforma energiájú elektron. Ennek felhasználásával
meghatározhatók az egyes főhéjakban és annak elhéjaiban lehetséges elektronok
maximális számát: az atomorbitálok maximálisan két elektron fogadhatnak be
ellentétes (párosított) spinnel. Pl. a 3p-aljéj három eltérő energiaszintű
orbitálból épül fel a mágneses kvantumszám háromféle értékének megfelelően 3×2
= 6 elektront trartalmazhat. A 4f-alhéj 14-et.
§
Hund-féle szabály: az alapállapotú
elektronok olyan konfigurációt vesznek fel, amelyben a párosítatlan spinű
elektronok száma maximális, így azok a p-, d- és f-alhéjak orbitáljait
egyenként, párosítatlan spinnel töltik be mindaddig, amíg az alhéj félig be nem
töltődik. Ezek az alhéjak 3, 5 vagy 7 elektron beépülése után alakítanak csak
ki kompenzált spinű elektronpárokat.