Structura invelisului electronic al elementelor

Structura invelisului electronic al elementelor

Totalitatea electronilor care graviteaza in jururl nucleului unui atom formeaza invelisul electronic al atomului. Invelisul de electroni este format din staruri electronice , iar un strat poate avea mai multe substraturi. Straturile electronice sunt sunt notate cu numerele1, 2, 3, 7 sau cu literele K, L, M, N, O, P, Q.

In miscarea lor rapida in jurur nucleului, electronii nu urmeaza niste traiectorii precise, insa ei se pot gasi cu mare probabilitate in anumite regiuni ale spatiului din jurul nucleului, formand nori de electricitate negativa (nori electronici) numiti orbitali. Se cunosc mai multe tipuri de orbitali: s, p, d, f.

Distributia electronilor in straturi, substraturi si orbitali, care formeaza invelisul electronic al unui atom, se numeste configuratie electronica. Orbitalii, substraturile si straturile se ocupa cu electroni dupa urmatoarele reguli:

principiul minimului de energie: in atomii multielectronici, electronii se plaseaza pe substraturi in ordinea cresterii energiei (1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d). Intrepatrunderea nivelurilor energetice la acesti atomi se explica prin faptul ca electronii din orbitalii mai apropiati de nucleu sunt mai puternic atasati decit cei din din orbitalii mai indepartati.

principiul excluziunii al lui Pauli: 2 electroni ai aceluiasi atom nu pot avea cele 4 numere cuantice identice sau altfel spus un orbital poate fi ocupat cu maximum 2 electroni de spin opus.

regula lui Hund: completarea orbitalilor cu electroni in cadrul aceluiasi substrat se face astfel ca numarul electronilor necuplati sa fie maxim, deci intr-un substrat intai se ocupa cu cite un  electron cu spin paralel fiecare orbital, dupa care se cupleaza ceilalti electroni.

Tabelul  1 prezinta configuratiile elecronice ale primelor 20 elemente din tabelul periodic al elementelor a lui Mendeleev.

Tabelul  1 Configuratiile electronice ale  primelor 20 elemente din tabelul periodic al elementelor

Dupa completarea substratului 4s se completeaza substratul 3d si apoi  4p din stratul M. Toate elementele care-si completeaza cu electroni substraturile 4s, 3d si 4p fac parte din perioada a 4 a si sunt 18.

Completarea substraturilor electronice din perioada 5  se face in succesiunea 5s, 4d si 5p, perioada care cuprinde de asemenea 18 elemente.

La elementele din perioada 6 se completeaza substratul 6s apoi se plaseaza un singur electron in substratul 5d dupa care se completeaza substratul 4f cu 14 electroni (seria lantanide de la Z=57 pina la Z= 71)  si din nou urmaza completarea substratului 5d pina la 10 electroni. In aceasta perioada sunt 32 de elemente.

Completarea straturilor electronice ale elementelor din perioada a 7a se face analog celor din perioada a 6 a: se completeaza intii substratul 7s, apoi se plaseaza un electron in substratul 6d, urmind completarea cu 14 electroni a substratului 5f (seria actinide de la Z= 89 la Z=103), si apoi se continua din nou cu substratul  6d care ramine incomplet.

Elementele care constituie o grupa au structura electronica identica pe ultimul strat si proprietati chimice asemanatoare. Elementele din aceeasi perioada difera cu cite un electron instratul exterior (electron distinctiv) si deci proprietatile lor chimice vor fi diferite. Numarul de ordine corespunde cu numarul total de electroni, nuamrul perioadei este egal cu nr. de straturi ocupate cu electroni, iar numarul grupei coincide cu numarul de electroni de pe ultimul strat.