Author's photo
Kusá K.
chemie

V.A skupina - charakteristika a elektronová konfigurace a přechodné kovy

Proč dusík neexcituje do orbitalu 3s ? Proč fosfor exciz'tuje zrovna do orbitalu 3d, proč ne do 4s. A přechodné kovy - např. zkrácená konfigurace Ti, proč se píše v pořadí 3d2 4s2 a ne 4s2 3d2, když pak při vzniku kationtu se odtrhává elektron nejdříve z 3d ?
Děkuji.

2 odpovědí
Dobrý den

já se tedy pokusím:

1) Dusík nexcituje do 3s, protože ten již moc vysoko, tato slupka je pro vazbu nedostupná.

2) Fosfor: To vychází z něčeho čemu se říká teorie hybridizace - energetické sjednocení orbitalů (viz. obrázek). Mnohem lepé to popisuje teorie molekulových orbitalů. Ovšem v diagramech, kde jsou více než dva atomy se vyznají de facto jen odborníci na tuto teorii a to jestli se skutečně takto d-orbital "zapojuje" je spíše na filozofickou debatu, protože tyto sloučeniny se označují jako hypervalentní a chemici snad již celá desetiletí vedou debaty, jak to je ve skutečnosti je.

3) Proč se píše toto pořadí ( snad viz. obr.). Bohužel chápu, že je to dosti zmatečné, avšak je to dosti komplikované a špatně determinovatelné, jako vše v mikosvětě :-). Např. konfigurace Pd: 4d10 a Pt: 5d9 6s1. U těžkých prvků se projevují tzv. relativistické efekty...
Přílohy:
Answer image
Dobrý den, krátce bych doplnil kolegu.
1) dusík může excitovat do orbitalu 3s. Respektive elektrony dusíku mohou být excitovány do jakýchkoli orbitalů, je-li dodána patřičné kvantum energie. Pomocí Rydbergovy konstanty si můžete spočítat, jakou energii vyzáří, bude-li se vracet z n jdoucí k nekonečnu, tedy jakou maximální energii může vyzářit. Popřípadě jaká energie je vyzářena při přechodu z různých orbitalů.

3) 4s se píše dříve u draslíku a vápníku, od scandia dále se píše dříve 3d. Jednoduchá odpověď je kvůli repulzím elektronů. Zkrátka menší repulze, menší energie, tak to zapíšeme dříve.
Těžší odpověď zahrnuje taktéž repulze, ale dále stínící efekty elektronů. Především byste odpověď nalezla ve Schrodingerově rovnici, ze které získáváme hustotu pravděpodobnosti elektronů v určité vzdálenosti od jádra. Zjednodušená verze je například situace v nekonečné potenciálové jámě. d orbitaly mají za určitých podmínek nižší energii než s orbitaly, elektrony se proto řadí nejprve do d orbitalů. Stejná situace nastává s 4d, 4f. Od 4. řady dále už zkrátka vlastnosti atomů nejsou tak jednoduché, jak psal kolega.
Komentáře:
Miloš V.
Děkuji za doplnění, chtělo to něco více fyzikálnějšího :-). 1) To souhlásím. Jen asi špatně formuloval, protože jsem pochopil tak , že Slečna se ptala na "excitaci" z hlediska vzniku chemické vazby, sp3 hybridizovaného N.
Miloš V.
3) silně preferovné jsou symtericky zaplněné orbitaly (d5 nebo d10). Nicméně nikdy jsem pořádně nezjistil zda se jedná o konfigurace izolovaného atomu ve vakuu nebo atom v kovové mřížce, což je úplně něco jiného s delokalizovanými elektrony. Ve sloučeninách pak s-orbitaly defacto neexistují a d-orbital již není degenerován. Vysoká stabilita Cr3+ (rozštěp d-orbitalu v oktaedrickém poli, "konfigurace d3" - ikdyž v té chvíli již d-ortal také neexistuje.