5.5 – Elektronkonfigurationer og det periodiske system

Indtil nu, har vi skrevet elektronkonfigurationer ved at bruge deres energiniveaudiagrammer. Som konfigurationerne begynder at involvere mere energi, kan dette blive besværligt. Elektronkonfigurationen for grundstofferne, er imidlertid også relateret til deres placering i det periodiske system. Forskellige sektioner eller blokke i det periodiske system, svarer til s, p, d, og f underniveauerne (se figur 5.10). Derfor kan vi ”bygge” elektronkonfigurationen for atomer, ved at aflæse det periodiske system ordnet efter stigende atomnummer.

Blokke i det periodiske system

1. s blokken inkluderer hydrogen og helium, såvel som grundstofferne i gruppe 1A (1) og gruppe 2A (2). Dette betyder, at den sidste, eller de to sidste elektronerne i grundstofferne i s blokken, er placeret i en s orbital. Periodenummeret indikerer den specifikke s orbital, der fyldes: 1s, 2s, og så videre.

2. p blokken består af grundstofferne i gruppe 3A (13) til og med gruppe 8A (18). Der er seks p blokgrundstoffer i hver periode, fordi tre p orbitaler, kan indeholde op til seks elektroner. Periodenummeret indikerer det specifikke p underniveau der fyldes: 2p, 3p, og så videre.

3. d blokken indeholder overgangsmetallerne, fremkommer første gang, efter grundstoffet calcium (der har atomnummer 20). Der er 10 grundstoffer i hver periode i d blokken, fordi fem d orbitaler, kan indeholde op til 10 elektroner. Det specifikke d underniveau, er en mindre (n – 1) end periodenummeret. For eksempel i periode 4, er d blokken 3d underniveauet. I periode 5, er d blokken 4d underniveauet.

4. f blokken, de indre overgangsmetaller, er de to rækker i bunden af det periodiske system. Der er 14 grundstoffer i hver f blok, fordi syv f orbitaler, kan indeholde op til 14 elektroner. Grundstoffer der har atomnummer højere end 57 (La), har elektroner i 4f blokken. Det specifikke f underniveau er to mindre (n – 2), end periodenummeret. For eksempel, i periode 6, er f blokken 4f underniveauet. I periode 7, er f blokken 5f underniveauet.

Konceptforståelse 5.4

Elektronopfyldning af underniveaublokke Angiv den underniveablok der er involveret, når elektroner fylder de følgende sæt grundstoffer: a. Gående på tværs af det periodiske system fra Al til Ar b. Gående på tværs af det periodiske system fra Cs til Ba c. Gående på tværs af det periodiske system fra Sc til Zn Svar a. Periode 3 består af en 3s blot, fulgt af grundstofferne der fylder 3p blokken b. Periode 6 begynder med 6s blokkens opfyldning c. Periode 4 består af K og Ca i 4s blokken, efterfulgt af grundstofferne der fylder 3d blokken

Elektronkonfigurationer ved brug af det periodiske system

Nu kan vi skrive elektronkonfigurationer, ved at bruge underniveaublokkene i det periodiske system. Som før, begynder hver konfiguration ved H. Men nu kan vi bevæge os på tværs af det periodiske system, fra vestre mod højre, og nedskrive hver underniveaublok vi kommer til, indtil vi når frem til det grundstof for hvilket vi skriver elektronkonfigurationen for. Vi vil vise, hvordan man skriver elektronkonfigurationen for chlor (atomnummer 17), ud fra underniveaublokkene på det periodiske system i Opgaveeksempel 5.6.

Konceptforståelse 5.5

Elektronkonfiguration ved brug af underniveaublokke Angiv symbol og navn for grundstoffet i hvert af de følgende elektronkonfigurationer: a. 1s22s22p5                    b. 1s22s22p63s23p64s23d104p2 c. [Ar]4s23d6                   d. [Kr]5s24d105p5 Svar a. I p blokken, periode 2, er det femte grundstof på langs, F, fluor b. I p blokken, periode 4, er det andet grundstof på langs, Ge, germanium c. I d blokken, periode 4, er det sjette grundstof på langs, Fe, jern d. i p blokken, periode 5, er det femte grundstof på langs, I, iod

Opgaveeksempel 5.6

Brug af underniveaublokke til opskrivning af elektronkonfiguration Brug underniveaublokke i det periodiske system, til at opskrive elektronkonfigurationen for chlor. Løsning Trin 1: Lokaliser grundstoffet i det periodiske system. Chlor (atomnummer 17), befinder sig i gruppe 7A (17) og periode 3. Trin 2: Skriv de fyldte underniveauer i rækkefølge, gående på tværs af hver periode. Periode Underniveablok der fyldes Underniveablok notation (fyldt) 1 1s (H → He) 1s2 2 2s (Li → Be) og 2p (B → Ne) 2s22p6 3 3s (Na → Mg) 2s2 Trin 3: Færdiggør konfigurationen, ved at tælle elektronerne i den sidste besatte underblok. Fordi chlor er det femte grundstof i 3p blokken, er der fem elektroner i 3p underniveauet. Periode Underniveaublok der fyldes Underniveaublok notation 4 3p (Al → Cl) 3p5 Elektronkonfigurationen for chlor (Cl) er: 1s12s22p63s23p5

Periode 4

Op til periode 4, foregår opfyldningen af underniveauerne i rækkefølge. Hvis vi kigger på underniveaublokkene i periode 4, ser vi imidlertid at 4s underniveauet fyldes før 3d underniveauet. Dette sker, fordi elektronerne i 4s underniveauet her en anelse lavere energi, end elektronerne i 3d underniveauet. Denne rækkefølge gentages i periode 5, hvor 5s underniveauet, fyldes før 4d underniveauet, og igen i periode 6, hvor 5s underniveauet fyldes før 5d.

I begyndelsen af periode 4, fylder elektronerne i kalium (19) og calcium (Ca) 4s underniveauet. I scandium, begynder den næste elektron der tilføjes efter 4s underniveauet er blevet fyldt, at fylde 3d blokken. 3d blokken fortsætter med at blive fyldt, indtil den er komplet med 10 elektroner ved zink. Når 3d blokken til sidst er fyldt, begynder de næste seks elektroner, gallium til krypton, at fylde 4p blokken.

Grundstof	Atomnummer	Elektronkonfiguration	Afledt konfiguration
4s blok
K	19	1s22s22p63s23p64s1	[Ar]4s1
Ca	20	1s22s22p63s23p64s2	[Ar]4s2
3d blok
Sc	21	1s22s22p63s23p64s23d1	[Ar]4s23d1
Ti	22	1s22s22p63s23p64s23d2	[Ar]4s23d2
V	23	1s22s22p63s23p64s23d3	[Ar]4s23d3
Cr*	24	1s22s22p63s23p64s23d4	[Ar]4s23d4
Mn	25	1s22s22p63s23p64s23d5	[Ar]4s23d5	(halvfyldt d underniveau er stabilt)
Fe	26	1s22s22p63s23p64s23d6	[Ar]4s23d6
Co	27	1s22s22p63s23p64s23d7	[Ar]4s23d7
Ni	28	1s22s22p63s23p64s23d8	[Ar]4s23d8
Cu*	29	1s22s22p63s23p64s23d9	[Ar]4s23d9
Zn	30	1s22s22p63s23p64s23d10	[Ar]4s23d10	(fyldt d underniveau er stabilt)
4p blok
Ga	31	1s22s22p63s23p64s23d104p1	[Ar]4s23d104p1
Ge	32	1s22s22p63s23p64s23d104p2	[Ar]4s23d104p2
As	33	1s22s22p63s23p64s23d104p3	[Ar]4s23d104p3
Se	34	1s22s22p63s23p64s23d104p4	[Ar]4s23d104p4
Br	35	1s22s22p63s23p64s23d104p5	[Ar]4s23d104p5
Kr	36	1s22s22p63s23p64s23d104p6	[Ar]4s23d104p6
*Undtagelser i rækkefølgen af opfyldningen af underniveauer

Opgaveeksempel 5.7

Brug af underniveaublokke til opskrivning af elektronkonfigurationer Brug underniveaublokke i det periodiske system, til at opskrive elektronkonfigurationen for selen. Løsning Trin 1: Lokaliser grundstoffet i det periodiske system. Selen er i periode 4 og gruppe A6 (16), hvilket er en p blok. Trin 2: Opstil de fyldte underniveauer i tækkefølge, henover hver periode. Periode Underniveaublok der fyldes Underniveaublok notation (fyldt) 1 1s (H → He) 1s2 2 2s (Li → Be) og 2p (B → Ne) 2s22p6 3 3s (Na → Mg) og 3p (Al → Ar) 3s23p6 4 4s (k → Ca) og 3d (Sc → Zn) 4s23d10 Trin 3: Færdiggør konfigurationen, ved at tælle elektronerne i den sidste besatte underniveaublok. Fordi selen er det fjerde grundstof i 4p blokken, er der fire elektroner i 4p underniveauet. Periode Underniveaublok der fyldes Underniveaublok notation 5 4p (Ga → Se) 4p4 Elektronkonfigurationen for selen (Se) er: 1s22s22p63s23p64s23d104p4

Nogle undtagelser i underniveaublokrækkefølgen

Ved opfyldning af 3d underniveauet, opstår der nogle undtagelser for chrom og kobber. I Cr og Cu, er 3d underniveauet tæt på at være halvfyldt, hvilket er specielt stabilt. Derfor, har elektronkonfigurationen for chrom kun en elektron i 4s og fem elektroner i 3d underniveauerne, hvilket giver øget stabilitet til et halvfyldt 3d underniveau. Dette kan ses i det afledte orbitaldiagram for chrom:

	4s	3d (halvfyldt)	4p
[Ar]				Afledt orbitaldiagram for chrom

En lignende undtagelse opstår, når kobber opnår et stabil fyldt 3d underniveau med 10 elektroner og kun en elektron i 4s orbitalen. Dette kan ses i det afledte orbitaldiagram for kobber:

	4s	3d (halvfyldt)	4p
[Ar]				Afledt orbitaldiagram for kobber

Efter 4s og 3d underniveauerne er blevet fyldt, fyldes 4p underniveauet som forventet, fra gallium til krypton, ædelgassen der afslutter periode 4. Der er også undtagelser for opfyldningen af højere d og f elektronunderniveauer, nogle hvis årsag er øget stabilitet, og nogle hvor årsagen er ukendt.

5.6 – Trends i det periodiske system →