Seuraa 
Viestejä2408
Liittynyt30.3.2014

Voi olla ettei tämä ole ihan sopiva foorumi tälläiselle mutta kuitenkin...

 

Luskelin tässä scientific americanin numeroa 6/2013. Siinä oli muiden juttujen ohella käsitelty jaksollista järjestelmää. Sivulta 63 löytyi se jaksollisen järjestelmän taulukko hieman "uudella" tavalla järjesteltynä. Tuota kuuemma kutsutaan nimellä "Janet left step table", eli:

http://en.wikipedia.org/wiki/Template:Janet_left-step_periodic_table_(with_shell_filling_sequence)

.

Eli esim. vety, helium, litium ja beryllium menevät "s-blokkiin" , alkuaineen boorista neoniin ja alumiinista argoniin "p-blokkiin" ja edelleen skandium-sinkki + yttrium-kadmium "d-blokkiin" ja niin edespäin. Kyllähän tuossa jonkinlainen "ahaa-elämys" kävi mutta sitten rupesi mietityttämään uudestaan. Nimittäin miksi on näin että aina 2 pystyriviä kohden tulee uusi blokki?  Miksei voisi olla esim. niin että vasta jossain dysprosiumin tai aktiniumin kohdalla alkaisivat f-orbitaalit täyttyä? Onko tässä jokin triviaali juttu mitä en vain jaksa juuri nyt oivaltaa?

Ja jotenkin aihetta  sivuaa tämä oktettisääntö, joskus mietin sitä seurauksena asiasta että uloimman kuoren d-orbitaali on energian kannalta "kalliimpi" kuin sisempien kuorien d,f,g yms. orbitaalit. Vaan nyt on tuota "d-orbitaali" - asiaa kiinnostavampi tuo "miksi aina 2 riviä ennen uutta blokkia?" - kysymys...

Kommentit (7)

ksuomala
Seuraa 
Viestejä2408
Liittynyt30.3.2014

Linkki tietenkin mankeloitui, yritetäänpä uusiksi:

 

en.wikipedia.org/wiki/Alternative_periodic_tables#Left_step_periodic_table_.28Janet.2C_1928.29

Neutroni
Seuraa 
Viestejä28261
Liittynyt16.3.2005
ksuomala

Kyllähän tuossa jonkinlainen "ahaa-elämys" kävi mutta sitten rupesi mietityttämään uudestaan. Nimittäin miksi on näin että aina 2 pystyriviä kohden tulee uusi blokki?  Miksei voisi olla esim. niin että vasta jossain dysprosiumin tai aktiniumin kohdalla alkaisivat f-orbitaalit täyttyä? Onko tässä jokin triviaali juttu mitä en vain jaksa juuri nyt oivaltaa?

Ei. Useamman elektronin atomien elektronitilat ovat kvanttimekaanisia monihiukkassysteemejä ja kaikkea muuta kuin triviaaleja. Jostain syystä ne energiat kuitenkin menevät noin, että elektronikuoret täyttyvät järjstyksessä ja synnyttävät alkuaineryhmiä, joilla on tiettyjä samankaltaisia ominaisuuksia.

ksuomala
Seuraa 
Viestejä2408
Liittynyt30.3.2014

Oktettisääntö on toki entuudestaan tuttu. Samoin sen oikeuttava "energiaminimi kun uloimmalla kuorella 8 elektronia" - käsienheiluttelu. Siinä on vaan se että ehto "max 8 elektronia uloimmalla kuorella" ei lyö lukkoon kuinka paljon elektroneja löytyy sisemmiltä kuorilta. No joo kvanttilukukombinaatioiden lkm per kuori tietty vaikuttaa. Ja elektronien välinen repulsio kanssa. Mutta silti ei-ihan-niin-itsestään-selvä tuo  "aina 2 uutta kuorta ennen uuden orbitaalin käyttöönottoa-sääntö" . No ehkä sen jostain numeerisesta väännöstä saa ulos...

Neutroni
Seuraa 
Viestejä28261
Liittynyt16.3.2005
ksuomala
Oktettisääntö on toki entuudestaan tuttu. Samoin sen oikeuttava "energiaminimi kun uloimmalla kuorella 8 elektronia" - käsienheiluttelu.

Oktettisääntö on samanlainen kemistien karkea käsienheiluttelusääntö, joka opetetaan kouluissa jumalan sanana. Se pätee parhaiten alkupään alkuaineilla, mutta erityisesti d- ja f-transitiometalleilla on jos jonkinlaisia poikkeuksia. On muillakin. Noiden nyrkkisääntöjen perustelu, samoin kuin sen koska ne eivät toimi, onnistuu, mutta vaatii erittäin monimutkaisia kvanttimekaanisia laskuja eikä ole mikään yksinkertainen itsenäinen luonnonlaki.

hmk
Seuraa 
Viestejä885
Liittynyt31.3.2005

Elektronikuorten täyttymisjärjestyksessä on poikkeuksia joidenkin transitiometallien kohdalla. Usein nyrkkisääntönä annetaan ns. "Aufbau-periaate"

1s > 2s > 2p > 3s > 3p > 4s > 3d > 4p > 5s >...

ja mm. tuo Janet'n jaksollinen järjestelmä on rakennettu tuon periaatteen pohjalta siten, että kukin jakso päättyy aina s-orbitaaleihin:

1s

2s

2p 3s

3p 4s

3d 4p 5s

Tämä periaate ennustaa mm. että 4s-alikuoren pitäisi olla täynnä kaikilla 3d-siirtymämetalleilla. Mutta kromi ja kupari eivät noudata tätä sääntöä, vaan niillä on vain yksi 4s-elektroni:

Cr:

1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d5
4s1

Cu:

1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s1
 

http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_configurations_of_the_elements_%28data_page%29

Kuten Neutroni totesi, nyrkkisäännöistä löytyy poikkeuksia, ja varsinaisen selityksen tarjoaa kvanttimekaniikka. (Ja käytännön laskut pitää usein tehdä tietokoneella.)

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

Arija
Seuraa 
Viestejä12
Liittynyt1.4.2013

TToki niitä voi ja täytyy laskea kvanttimekaniikalla ja tietokoneilla.

Mutta kemia on kauneutta. Kaikki symmetria on stabiilia. Ja jos symmetria on kädenulottuvilla, aine järjestää vaikka hybridisaatiohippalot ja tasoittaa erot. (juu, ei oikeasti tietoisena...) 

Kemisti siis tietää, että orbitaalien täyttymisperiaatteet voi ymmärtää myös katsomalla.

Jos atomilla on epämääräinen jokko elektroneja, se järjestää  ne aina alimille energiatasoille, joiden erot lähempänä ydintä ovat suuret.

Sitten kun päästään uloimpiin kuoriin, ja varsinkin d- ja f-orbitaaleihin, niiden ja seuraavien s-kuorien väliset energiaerot ovat pieniä ja elektroni voi helposti viihtyä paremmin periaatteessa korkeaenergisemmällä kuorella.
Tällöin kannattaa katsella koko atomia hieman kauempaa.

Oliko se hieman korkeampi paikka oikeastaan symmetrian kannalta otollisempi: täyttyikö jokin orbitaali näin nätisti kokonaan. 

Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1  

Tai puoliksi? Puoleksi täysi kuori on stabiilimpi kuin yhtä tai kahta vailla tai yli.

Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1

 

Kvanttilaskenta on hyvä juttu, mutta sen taakse ei saisi aina paeta: asiat pitäisi pystyä selittämään myös ilmiötasolla ilman yhtälöitä. 

Tietämättömyys ei ole synti, sen hyväksyminen on.

ksuomala
Seuraa 
Viestejä2408
Liittynyt30.3.2014

Silleen toisaalta jos ajattelee vain noita kvanttilukukombinaatioita niin tuo Janet-homma menisi metsään neonin jälkeen ja neloskuori alkaisi täyttyä vasta nikkelin jälkeen.

Jos puolestaan ottaa huomioon elektronien välisen repulsion jotenkin niin tulisi mieleen ratkaisu tyyppiä:

1. lasketaan elektronien keskimääräinen etäisyys toisiinsa 2. uloimmalla kuorella

2.lasketaan elektronien keskimääräinen etäisyys toisiinsa uloimmalla kuorella

3.lasketaan elektronien keskimääräinen etäisyys kuorien välillä

4. muodostetaan kohtien 1-3 perusteella lauseke repulsioenergialle ja minimoidaan .

Jos vaikkapa eri kuorien aaltofunktiot olisivat ortogonaalisia toisiinsa nähden niin 3. kohdan voisi lausekkeesta pudottaa pois ja kohtien 1. ja 2. etäisyydet suunnilleen samoja -> minimienergia kun elektronit jaetaan 2 ulommalle kuorelle "fifty-fifty" mikä nyt "neonista nikkeliin" - tapauksessa johtaisi melkein oktettisääntöön. 

Sitten nikkelistä eteenpäin alkaisi mennä vaikeammaksi tuolleen piipertää. Kuoria tulee enemmän ja kuorien "sisällä" ei niitä elektroneja ehkä voikaan ihan noin vain "niputtaa yhteen" ja ne keskimääräiset etäisyydet eivät välttämättä pysykään samoina alkuaineesta toiselle vaihtaessa ja sitten on vielä se että aaltofunktio vaikuttaa varaustiheyteen mikä vaikuttaa potentiaaliin mikä vaikuttaa taas aaltofunktioon mikä viimeistään tekee sen että täytyy ryhtyä numeeriseen vääntöön ja itse kun suosin kynä+paperi-metodia...

1 tuttava teki vuosia sitten väikkärin aiheesta siirtymäalkuaineet. Ehkäpä kannattaisi häntä  vaivata tällä aiheella seuraavan kerran kun käy kiinnostamaan.

Suosituimmat

Uusimmat

Uusimmat

Suosituimmat