269 (24)

5,1.2. Konfiguracje elektronowe atomów

Konfiguracją elektronową atomów można wytłumaczyć prawo okresowości, czyli •okresowe powtarzanie się właściwości fizycznych i chemicznych pierwiastków. Właściwości chemiczne pierwiastków zależą w głównej mierze od liczby elektronów znajdujących się na najbardziej zewnętrznym poziomie energetycznym (tzw. elektronów walencyjnych).

Elektrony otaczające jądro atomu mają określone poziomy energetyczne, zwane również poziomami elektronowymi lub warstwami. Numer poziomu oznaczamy literą n, zwaną liczbą kwantową główną. Liczbie kwantowej głównej n-1 odpowiada poziom energetyczny K. Elektrony tego poziomu znajdują się najbliżej jądra. Dalszym liczbom kwantowym głównym (w = 2, 3, 4, 5, 6, 7) odpowiadają poziomy energetyczne!/, M, N, O, P, Q. Liczba elektronów każdego poziomu energetycznego jest ograniczona do 2n². Każdy poziom energetyczny z wyjątkiem poziomu K składa się z dwóch lub więcej podpoziomów energetycznych, zwanych również podpoziomami elektronowymi lub podwarstwami. Maksymalna liczba podpoziomów w każdym głównym poziomie energetycznym jest równa liczbie kwantowej głównej tego poziomu. Podpoziomy oznaczamy literami s, p, d, f Podpoziom s nie może zawierać więcej niż 2 elektrony, p - 6 elektronów, d — 10,/ — 14. Ponieważ poziom energetyczny K {n— 1) ma tylko jeden podpoziom s, przeto może zawierać najwyżej 2 elektrony. Poziom L (n—2) może zawierać 8 elektronów — 2 na podpoziomie s i 6 na podpoziomiep (w skrócie s²p⁶). Na poziomie M(n = 3) może się znajdować 18 elektronów (s²p⁶d¹⁰), a na poziomie N (n=4) — 32 elektrony (s²p⁶d¹⁰f¹⁴). Tablica 5.1 przedstawia konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków chemicznych.

Uwzględniając konfigurację elektronową atomów wszystkich pierwiastków' układu okresowego, rozróżniamy cztery zasadnicze typy pierwiastków.

Gazy szlachetne (₂He, ₁₀Ne, ₁₈Ar, ₃₆Kr, ₅₄Xe, ₈₆Rn), których atomy — z wyjątkiem helu (tabl. 5.1) — mają w zewnętrznym poziomie 8 elektronów ugrupowanych w podpo-ziomach s i p (s²p⁶). Konfiguracja ośmioelektronowa w poziomie zewnętrznym jest szczególnie trwała — tłumaczymy tym bierność chemiczną gazów szlachetnych.

Pierwiastki reprezentatywne (typowe) uzupełniają podpoziomy s lub p ostatniego poziomu energetycznego. Do pierwiastków typowych należą te, które mają liczby atomowe zawarte między wartościami mniejszymi o pięć a wartościami większymi o dwa od liczby atomowej każdego gazu szlachetnego (np. dla argonu ₎₈Ar od glinu ₁₃A1 do wapnia ₂«Ca). Wykazują one dążenie do uzyskania trwałego poziomu ośmioelektronowego gazów szlachetnych i podczas reakcji tworzenia związków przyłączają lub tracą elektrony. W układzie okresowym przedstawionym w formie długiej (tabl. 5.2) pierwiastki reprezentatywne umieszczone są w grupach Illb, LVb, Vb, VIb, VIIb oraz w grupach la i Ha, czyli w pięciu grupach poprzedzających grupę zerową gazów szlachetnych oraz w dwóch grupach znajdujących się bezpośrednio po grupie zerowej gazów szlachetnych.

Pierwiastki przejściowe są to pierwiastki dobudowujące podpoziom elektronowy u przedostatniego poziomu, a zatem pierwiastki umieszczone w układzie okresowym w kolumnach Ilia (Sc, Y, La, Ac), IVa (Ti, Zr, Hf, Ku), Va (V, Nb, Ta), VIa (Cr, Mo, W),

274