Elektronová konfigurace atomů
Elektronová konfigurace atomů (6/9) · 6:22

Elektronová konfigurace prvků 1. periody Detailní odvození elektronové konfigurace vodíku a helia.

Navazuje na Atomy a prvky.
Podívejme se, jak zapsat elektronovou konfiguraci prvků první periody. Neboli také první řady periodické tabulky. Máme tu jen 2 prvky. Vodík a na druhém konci helium. Začněme vodíkem s atomovým číslem 1. Jestliže má prvek atomové číslo 1, znamená to, že má 1 proton. V neutrálním atomu se počet protonů rovná počtu elektronů. Jelikož má vodík 1 proton, musí mít i 1 elektron. Naším úkolem je napsat elektronovou konfiguraci tohoto jednoho elektronu. Použijeme tzv. výstavbový princip. V němčině se mu říká též Aufbau. Protože, když píšete elektronovou konfiguraci, jde vám o to, jak nejlépe postavit atom. Musíme si rozmyslet, kam ty elektrony umístíte. Zde umístíme jen 1 elektron. Kam můžete umístit ten 1 elektron vodíku? Chceme ho umístit tak blízko k jádru, jak jen to půjde. Tím zvýšíme přitažlivou sílu mezi kladným a záporným nábojem.. Právě proto dáme tento elektron do nejnižšího možného energetické hladiny. Pro tu platí, že n = 1. O kvantových číslech jsme mluvili dříve, pokud n = 1, jediná povolená hodnota pro l je nula. Pokud l = 0, ml může být taky jenom 0. Tedy magnetické kvantové číslo je rovné nule. Fakt, že l = 0 nám říká, že se jedná o "s" orbital. A také nám to říká, kolik orientací orbital má. Máme pouze jednu hodnotu, orientace je tedy také jen jedna. Víme, že orbital "s" má tvar koule. Takže, v této kouli v tomto trojrozměrném prostoru, můžeme s největší pravděpodobností naleznout tento náš elektron. Elektron z atomu vodíku se tedy nachází v "s" orbitalu. "s" orbital představuje nejnižší energetickou slupku. Pojďme si napsat elektronovou konfiguraci. Napíšeme jí jako 1s1. Co znamenají ty jedničky? Ta první z nich určuje energetickou hladinu, ve které se nacházíme. V 1. periodě platí n = 1. "s" nám říká, že obsazujeme "s" orbital. A číslo v exponentu nám říká, kolik elektronů je v tomto orbitalu. V našem případě je tam jen jeden. Takže 1s1 znamená, že máme 1 elektron v "s" orbitalu na 1. energetické hladině. Další způsob, jak toto zapsat, je si to nakreslit, říká se tomu orbitalová notace Nakreslím čáru reprezentující "s" orbital. Máme tu "s" orbital na první energetické hladině. Označím ho tedy 1s1. A vezmeme si ten vodíkový elektron a nakreslíme ho jako šipku. Šipka znázorňuje spin, může mířit i dolů. Vybral jsem si elektron se spinem nahoru. Tím se dostáváme ke čtvrtému kvantovému číslu ms, spojenému se směrem šipky +1/2. Toto jsou tedy dva způsoby, jak zakreslit elektronovou konfiguraci. 1s1 nebo zakreslení orbitalové notace. Takže máme hotový elektron u vodíku. Přesuneme se na helium, které má 2 elektrony. Atomové číslo je 2, tedy protony i elektrony jsou 2. Musíme umístit 2 elektrony. Stále jsme v první slupce, na první energetické hladině. Tedy platí n = 1. Pokud n = 1, l musí být 0. A ml musí také být 0. Pořád proto mluvíme o "s" orbitalu, který je na první energetické hladině. Máme tedy ten samý "s" orbital na první hladině jak pro vodík tak pro helium. Pojďme si napsat orbitalovou notaci pro helium. Máme 2 elektrony a orbital "s" na 1. energetické hladině. Můžeme nakreslit jeden elektron se spinem nahoru. A ten druhý se spinem dolů. Vidíme, že spiny musíme párovat, jeden spin nahoru a druhý dolů. Proč to tak vlastně je? Pojďme si to ukázat. Napíšu sem hodnotu spinu ms = -1/2. Důvodem párování spinů je Pauliho vylučovací princip. Ten říká, že: "Žádné dva elektrony nemůžou mít všechna kvantová čísla stejná." Ten první elektron, co jsme umístili, byl v 1s orbitalu. A měl spin nahoru. Pokud by i ten druhý měl spin nahoru, tak by měli všechna kvantová čísla shodná. Takže místo jejich přepisování je jen zakroužkuju. Pro ten druhý elektron tady tedy musíme mít šipku dolů, aby měl alespoň jedno kvantové číslo odlišné. Takže n = 1, l = 0 a ml = 0. Tyto 2 elektrony mají stejná čísla až na to poslední, spinové. Proto je tam to rozdílné znaménko, znázorněné šipkou dolů. Helium má tedy dva elektrony, které nemají všechna kvantová čísla shodná. Liší se tím posledním číslem. A o tomto mluví Pauliho vylučovací princip. Z Pauliho vylučovacího principu také vychází fakt, že jeden orbital může být zaplněný nejvýše dvěma elektrony, protože se tím vyčerpají všechny možné kombinace kvantových čísel. Úplně je tím vyčerpáme. Takže tady je 1s orbital úplně plný. Můžeme také napsat elektronovou konfiguraci helia jako 1s2 A pro zopakování, co to znamená. Říká nám to, že obsazujeme "s" orbital v 1. energetické hladině a jsou v něm 2 elektrony. Elektronová konfigurace 1s2 tedy patří heliu. A když už v orbitalu jsou 2 elektrony, nemůžeme jich tam dát víc. Říkáme tomu uzavřená slupka. Žádné další orbitaly totiž v 1. energetické hladině nejsou. Pokud byste chtěli nějaký elektron přidat, museli byste se přesunout do vyšší slupky. A tím se dostáváme k 2. periodě v periodické tabulce.
video