Excitovaný stav atomů Mgr. Dagmar Muzikářová Gymnázium Elgartova, Brno 2016/2017

Základní stav atomů Platí pravidla – výstavbový princip, Pauliho princip, Hundovo pravidlo Př.: Zapište elektronovou konfiguraci atomu uhlíku v základním stavu.

Excitace Proces, při kterém 1 nebo více valenčních elektronů přejde do vyšší energetické hladiny. Tento stav může nastat po dodání energie. Atom v excitovaném stavu označujeme hvězdičkou. Pro atom má největší význam tzv. valenční excitovaný stav (má vliv na vytvoření chemické vazby).

Průběh excitace Excitovaný stav je nestálý. Při excitaci vstupují valenční elektrony do volných tzv. vakantních orbitalů. Některé prvky tvoří více excitovaných stavů (př. síra), některé neexcitují (př. fluor).

Ionizace Proces, při kterém se dodáním dostatečně velké energie odtrhne jeden nebo postupně více elektronů od atomu a vznikne kladně nabitý ion – KATION. Energie potřebná k odtržení elektronu od atomu v plynném stavu = IONIZAČNÍ ENERGIE (kJ/mol). (1. ionizační energie, 2. ionizační energie atd.)

Velikost ionizační energie Ionizační energie je vyšší než energie excitační Čím je ionizační energie nižší, tím je prvek reaktivnější. Př.: Li + e- Li+ I1 = 520 kJ/mol Li2+ + 2e- Li2+ I2 = 7300 kJ/mol

Elektronová afinita Energie uvolněná při vzniku ANIONTU z atomu v plynném stavu. Aniont (záporně nabitá částice) vznikne přijetím elektronu elektroneutrálním atomem. Př.: Cl + e- Cl- Elektronová afinita se značí A, jednotka kJ/mol.

Velikost elektronové afinity Čím je hodnota A vyšší, tím snadněji tvoří prvek anionty, tím je reaktivnější. Rozlišujeme první, druhou… A. Př.: O + e- → O- A1 = -142 kJ/mol O- + e- → O2- A2 = -694 kJ/mol

Proč atomy excitují? Odtržením nebo příjmem elektronů se atomy snaží získat elektronovou konfiguraci nejbližšího vzácného plynu. ÚKOL: 1. Rozhodni, která skupina prvků se bude nejsnáze ionizovat? 2. Která skupina prvků bude mít nejvyšší elektronovou afinitu a proč?

ŘEŠENÍ 1. Nejsnáze se ionizují alkalické kovy a kovy alkalických zemin. Jejich konfigurace se od předchozího vzácného plynu liší jen o 1 resp. 2 elektrony. 2. Nejvyšší A mají prvky VII. A a VI. A, kterým k dosažení konfigurace následujícího plynu chybí pouze 1, resp. 2 elektrony.

Výjimky U prvků s protonovým číslem větším než 20 dochází po zaplnění orbitalu 4s dvěma elektrony ke snížení energie orbitalů 3d. Proto prvky s protonovým číslem větším než má vápník (20Ca) mají energii orbitalů 3d menší než je energie orbitalu 4s. Př.: Fe má po vytvoření základního stavu atomu jiné energetické pořadí orbitalů než odpovídá výstavbovému principu 26Fe......4s2 3d6 26Fe......3d6 4s2

Z toho důvodu atom železa (ale i jiných prvků) při ionizaci uvolňuje nejdříve elektrony z orbitalu 4s (jsou po vytvoření základního stavu energeticky nejbohatší) a teprve potom elektrony z orbitalů 3d: 26Fe2+......3d6 4s0 26Fe3+......3d5 4s0 ! kation Fe3+ je stálejší, protože orbitaly d jsou z poloviny obsazeny a orbital s je prázdný K podobné energetické záměně dochází i u orbitalů 5s a 4d. Při vzniku základního stavu atomu se zaplňují v pořadí 5s, 4d, po vzniku základního stavu je energetické pořadí orbitalů 4d, 5s.

Zdroje Vacík a kol.: Přehled středoškolské chemie Benešoví a kol.: Odmaturuj z chemie