Atoombouw

2. Atoombouw

7. Elektronenconfiguraties

De elektronen zijn volgens een bepaald stramien verdeeld over de verschillende hoofd- en subniveaus en banen. Hierbij moet slechts één regel in acht genomen worden: regel van de minimale energie. Dit betekent:

1
Er zijn geen elektronen aanwezig in een bepaald subniveau als niet alle energetisch lagere subniveaus opgevuld zijn.
De energievolgorde van de subniveaus kan je afleiden uit bijgaande figuur.

2
In een bepaald subniveau wordt eerst één elektron in elke baan geplaatst (de verschillende banen hebben immers dezelfde energie) alvorens elektronenparen te vormen (twee elektronen in dezelfde baan plaatsen vergt energie): regel van de maximale multipliciteit. (Regel van Hund)

3
De twee elektronen in een zelfde baan hebben een tegengestelde spin. (Pauli-verbod: In een zelfde atoom komen geen twee elektronen voor met vier gelijke kwantumgetallen. Dat heeft voor gevolg dat in een orbitaal maximaal twee elektronen met tegengestelde spin kunnen voorkomen.)

Dit levert volgende elektronenconfiguraties op:

₁H 1s¹ 1s¹

₂He 1s² 1s²

₃Li 1s² 2s¹ [He] 2s¹

₄Be 1s² 2s² [He] 2s²

₅B 1s² 2s² 2p¹ [He] 2s² 2p¹

₆C 1s² 2s² 2p² [He] 2s² 2p²

₇N 1s² 2s² 2p³ [He] 2s² 2p³

₈O 1s² 2s² 2p⁴ [He] 2s² 2p⁴

₉F 1s² 2s² 2p⁵ [He] 2s² 2p⁵

₁₀Ne 1s² 2s² 2p⁶ [He]2s² 2p⁶

₁₁Na 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ [Ne] 3s¹

₁₂Mg 1s² 2s² 2p⁶ 3s² [Ne] 3s²

₁₃Al 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ [Ne] 3s² 3p¹

₁₄Si 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² [Ne] 3s² 3p²

₁₅P 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ [Ne] 3s² 3p³

₁₆S 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ [Ne] 3s² 3p⁴

₁₇Cl 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ [Ne] 3s² 3p⁵

₁₈Ar 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ [Ne] 3s² 3p⁶

₁₉K 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ [Ar] 4s¹

₂₀Ca 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² [Ar] 4s²

₂₁Sc 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s² [Ar] 3d¹ 4s²

Enkele elementen hebben een afwijkende configuratie, o.a.:

₂₄Cr: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹ i.p.v. 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁴ 4s²

₂₉Cu: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹ i.p.v. 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁹ 4s²

Deze afwijkende configuratie wordt verklaard door aan te nemen dat halfgevulde en volledig gevulde subniveau extra stabiel zijn.

Het zijn de elektronen, of beter, de elektronenverdelingen van de buitenste schil die de chemische eigenschappen van een atoom bepalen. Onder buitenste schil verstaan we de verzameling van subniveaus met hoogste hoofdkwantumgetal.

De aantrefkans van de elektronen rond de kern kunnen we met een bepaalde vorm voorstellen. Deze vormen verschillen in afmetingen naargelang de waarde van n.

s-orbitalen hebben een bolvorm, p-orbitalen hebben de vorm van een halter of zandloper.

Hoe groter het hoofdkwantumgetal n, hoe uitgestrekter de orbitale. Op die manier krijgen de atomen een ruimtevormelijk karakter en krijgen we meer inzicht omtrent de ruimtelijke structuren van atomen en moleculen.

Voorbeeld

₃₄Se: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁴

Samengevat

Elektronenconfiguraties

Er zijn geen elektronen aanwezig in een bepaald subniveau als niet alle energetisch lagere subniveaus opgevuld zijn.

In een bepaald subniveau wordt eerst één elektron in elke baan geplaatst alvorens elektronenparen te vormen: regel van de maximale multipliciteit. (Regel van Hund)

De twee elektronen in een zelfde baan hebben een tegengestelde spin. (Pauli-verbod)