9.7: elektronkonfigurationer og det periodiske system

læringsmål

  • relaterer elektronkonfigurationerne af elementerne til formen på det periodiske system.
  • Bestem den forventede elektronkonfiguration af et element ved dets plads på det periodiske bord.

tidligere introducerede vi det periodiske system som et redskab til at organisere de kendte kemiske elementer. En periodisk tabel er vist i figur \(\Sideindeks{1}\). Elementerne er opført efter atomnummer (antallet af protoner i kernen), og elementer med lignende kemiske egenskaber grupperes sammen i kolonner.

alt
figur \(\Sideindeks{1}\): Det periodiske system

hvorfor har det periodiske system den struktur, det gør? Svaret er ret simpelt, hvis du forstår elektronkonfigurationer: formen af det periodiske bord efterligner fyldningen af subshells med elektroner.

formen af det periodiske bord efterligner fyldningen af subshells med elektroner.

lad os starte med H og han. Deres elektronkonfigurationer er henholdsvis 1S1 og 1s2; med He er n = 1-skallen fyldt. Disse to elementer udgør den første række i det periodiske system (figur \(\Sideindeks{2}\))

alt
figur \(\Sideindeks{2}\): 1s-Underskallen. H og han repræsenterer udfyldningen af 1s subshell.

de næste to elektroner, for Li og Be, ville gå ind i 2s-underskallen. Figur \(\Sideindeks{3}\) viser, at disse to elementer støder op til det periodiske system.

alt
figur \(\Sideindeks{3}\): 2s-Underskallen. I Li og Be bliver 2s subshell fyldt.

for de næste seks elementer bliver 2P-underskallen optaget med elektroner. På højre side af det periodiske system er disse seks elementer (B til Ne) grupperet sammen (figur \(\Sideindeks{4}\)).

alt
figur \(\Sideindeks{4}\): 2p-Underskallen. For B til Ne er 2P-underskallen optaget.

den næste subshell, der skal udfyldes, er 3s subshell. Elementerne, når denne underskal udfyldes, Na og Mg, er tilbage på venstre side af det periodiske system (figur \(\Sideindeks{5}\)).

alt
figur \(\Sideindeks{5}\): 3s-Underskallen. Nu er 3s subshell besat.

dernæst er 3P-underskallen fyldt med de næste seks elementer (figur \(\Sideindeks{6}\)).

alt
figur \(\Sideindeks{6}\): 3p-Underskallen. Dernæst er 3P-underskallen fyldt med elektroner.

i stedet for at udfylde 3D-underskallen næste, går elektroner ind i 4S-underskallen (figur \(\Sideindeks{7}\)).

alt
figur \(\Sideindeks{7}\): 4S-Underskallen. 4S subshell er fyldt før 3D subshell. Dette afspejles i strukturen i det periodiske system.

Når 4S-underskallen er fyldt, er 3D-underskallen fyldt med op til 10 elektroner. Dette forklarer afsnittet af 10 elementer i midten af det periodiske system (figur \(\Sideindeks{8}\)).

alt
figur \(\Sideindeks{8}\): 3d-Underskallen. 3D-underskallen udfyldes i den midterste del af det periodiske system.

…Og så videre. Når vi går over rækkerne i det periodiske system, skitserer den overordnede form af tabellen, hvordan elektronerne optager skaller og underskaller.

de to første kolonner på venstre side af det periodiske system er, hvor S-underskallerne optages. På grund af dette er de to første rækker i det periodiske system mærket S-blokken. Tilsvarende er p-blokken de højst seks kolonner i det periodiske system, d-blokken er de midterste 10 kolonner i det periodiske system, mens f-blokken er den 14-søjlesektion, der normalt er afbildet som løsrevet fra hoveddelen af det periodiske system. Det kunne være en del af hovedkroppen, men så ville det periodiske bord være ret langt og besværligt. Figur \(\Sideindeks{9}\) viser blokkene i det periodiske system.

alt
figur \(\Sideindeks{9}\): blokke på det periodiske system. Det periodiske system adskilles i blokke afhængigt af hvilket underskal der udfyldes for de atomer, der hører hjemme i det afsnit.

elektronerne i den højest nummererede skal plus eventuelle elektroner i den sidste uudfyldte underskal kaldes valenselektroner; den højest nummererede skal kaldes valensskallen. (De indre elektroner kaldes kerneelektroner.) Valenselektronerne styrer stort set et atoms Kemi. Hvis vi kun ser på valensskallens elektronkonfiguration, finder vi, at i hver kolonne er valensskallens elektronkonfiguration den samme. Tag for eksempel elementerne i den første kolonne i det periodiske system: H, Li, Na, K, Rb og Cs. Deres elektronkonfigurationer (forkortet for de større atomer) er som følger, med valensskalelektronkonfigurationen fremhævet:

H: 1S1
Li: 1s22s1
na: 3S1
k: 4s1
Rb: 5s1
Cs: 6S1

de har alle en lignende elektronkonfiguration i deres valensskaller: en enkelt s-elektron. Fordi meget af et elements kemi er påvirket af valenselektroner, ville vi forvente, at disse elementer ville have lignende Kemi—og det gør de. Organiseringen af elektroner i atomer forklarer ikke kun formen på det periodiske system, men også det faktum, at elementer i den samme kolonne i det periodiske system har lignende Kemi.

det samme koncept gælder for de andre kolonner i det periodiske system. Elementer i hver kolonne har de samme valensskalelektronkonfigurationer, og elementerne har nogle lignende kemiske egenskaber. Dette gælder strengt for alle elementer i S-og p-blokkene. I D-og f-blokkene, fordi der er undtagelser fra rækkefølgen af påfyldning af subshells med elektroner, er lignende valensskaller ikke absolutte i disse blokke. Imidlertid findes der mange ligheder i disse blokke, så der forventes en lighed i kemiske egenskaber.

lighed med valensskalelektronkonfiguration indebærer, at vi kun kan bestemme elektronkonfigurationen af et atom ved dets position på det periodiske system. Overvej Se, som vist i figur \(\Sideindeks{10}\). Det er i den fjerde kolonne i p-blokken. Dette betyder, at dens elektronkonfiguration skal ende i en P4-elektronkonfiguration. Faktisk er elektronkonfigurationen af Se 4s23d104p4, som forventet.

alt
figur \(\Sideindeks{10}\): Selenium on the Periodic Table

Example \(\PageIndex{1}\): Predicting Electron Configurations

From the element’s position on the periodic table, predict the valence shell electron configuration for each atom (Figure \(\PageIndex{11}\)).

alt
Figure \(\PageIndex{11}\): Forskellige elementer i det periodiske system
  1. Ca
  2. SN

opløsning

  1. Ca er placeret i den anden kolonne i s-blokken. Vi forventer, at dens elektronkonfiguration skal ende med s2. Kalciums elektronkonfiguration er 4s2.
  2. Sn er placeret i den anden kolonne i p-blokken, så vi forventer, at dens elektronkonfiguration ville ende i p2. Tin ‘ s elektronkonfiguration er 5s24d105p2.

øvelse \(\Sideindeks{1}\)

fra elementets position på det periodiske system forudsiger valensskalelektronkonfigurationen for hvert atom. Figur \(\Sideindeks{11}\).

  1. Ti
  2. Cl

svar A

4s23d2

svar b

3s23p5

sammendrag

arrangementet af elektroner i atomer er ansvarlig for formen af det periodiske bord. Elektronkonfigurationer kan forudsiges ved placeringen af et atom på det periodiske system.

Bidrag& tilskrivninger

denne side blev konstrueret ud fra indhold via følgende bidragyder(er) og redigeret (topisk eller udførligt) af Libreteksterne udviklingsteam for at møde platformstil, præsentation og kvalitet:

  • Marisa Alviar-Agny (Sacramento City College)

  • (UC Davis)

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.