Ik las dat de elektronische configuratie van uranium [Rn] 5f³ 6d¹ 7s² is. Gegeven het feit dat de subshells de volgorde 5f -> 6d invullen, waarom is de 5f subshell dan slechts gedeeltelijk gevuld? Waarom vullen elektronen de 5f-subshell gedeeltelijk en gaan ze verder met het vullen van de 6d-subshell?
Antwoord
Ik weet zeker dat je bekend bent met de regels voor het toewijzen van elektronen-orbitalen, ik zal ze hier kort beschrijven:
Elektronen vullen orbitalen op een manier die de energie van het atoom minimaliseert. Daarom vullen de elektronen in een atoom de belangrijkste energieniveaus in volgorde van toenemende energie (de elektronen komen verder van de kern). De volgorde van de gevulde niveaus ziet er als volgt uit:
Pauli-uitsluitingsprincipe
Het Pauli-uitsluitingsprincipe stelt dat geen twee elektronen de dezelfde vier kwantumnummers. De eerste drie (n, l en ml) kunnen hetzelfde zijn, maar het vierde kwantumgetal moet verschillend zijn. Een enkele orbitaal kan maximaal twee elektronen bevatten, die tegengestelde spins moeten hebben; anders zouden ze dezelfde vier kwantumnummers hebben, wat verboden is.
Hund “s-regel
Bij het toewijzen van elektronen in orbitalen, vult elk elektron eerst alle orbitalen met vergelijkbare energie (ook wel gedegenereerd genoemd) voordat het wordt gekoppeld met een ander elektron in een halfgevulde orbitaal. Atomen in grondtoestanden hebben meestal zoveel mogelijk ongepaarde elektronen. Dit verklaart het gedrag van Chromium: Z: 24 [Ar] 3d54s1 (let hier op het ene elektron in de 4s-orbitaal terwijl de d-orbitalen bezet zijn met enkele elektronen van één rotatierichting)
Uitzonderingen
Hoewel de Aufbau-regel nauwkeurig de elektronenconfiguratie van de meeste elementen voorspelt, zijn er opmerkelijke uitzonderingen tussen de overgangsmetalen en zwaardere elementen. De reden dat deze uitzonderingen optreden, is dat sommige elementen stabieler zijn met minder elektronen in sommige subschalen en meer elektronen in ot van haar en een opmerkelijk voorbeeld is uranium, want om maximale stabiliteit te verkrijgen heeft het gewoonlijk deze grondtoestand: Uranium: Z: 92 [Rn] 7s2 5f3 6d1
Referenties
Reacties
- Ah dus uranium is een uitzondering op deze regel. Wat maakt deze specifieke configuratie zo stabiel?
- Het is niet alleen uranium, lees nogmaals ik heb ook Chromium genoemd. Er zijn andere elementen zoals koper, niobium, palladium, zilver, thorium enz. Die afwijken van deze trend. De reden zoals beschreven is mede gebaseerd op de combinatie van de regels. Onthoud dat in een grondtoestand van een element de elektronenconfiguratie de laagste energie heeft. Hoe lager de energie, hoe meer stabiliteit. In sommige gevallen kan dit soort stabiliteit alleen worden verkregen als er minder elektronen zijn in een bepaalde orbitale, bijvoorbeeld uraniumconfiguratie.