Γιατί τα ηλεκτρόνια αφαιρούνται πρώτα από 5d από 4f τροχιά σε λανθανίδια;
Βασικές έννοιες
* Επίπεδο ενέργειας έναντι διείσδυσης: Ενώ το τροχιακό 4F είναι πράγματι χαμηλότερο σε ενέργεια από το 5D τροχιακό, είναι επίσης πιο διεισδυτικό . Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια 4F περνούν περισσότερο χρόνο πιο κοντά στον πυρήνα από τα 5D ηλεκτρόνια.
* θωράκιση: Τα ηλεκτρόνια 4F προστατεύονται από τα γεμάτα τροχιακά 5s και 5p. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια 4F βιώνουν μια ασθενέστερη έλξη στον πυρήνα σε σύγκριση με τα 5D ηλεκτρόνια.
* Αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο: Λόγω της θωράκισης, τα ηλεκτρόνια 4F βιώνουν χαμηλότερο αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο από 5D ηλεκτρόνια.
Η εξήγηση
1. χαμηλότερη ενέργεια αλλά υψηλότερη διείσδυση: Τα τροχιακά 4F είναι χαμηλότερα στην ενέργεια, αλλά έχουν υψηλότερη διείσδυση σε σύγκριση με 5D τροχιακά. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια 4F είναι πιο στενά συνδεδεμένα με τον πυρήνα.
2. Εφέ θωράκισης: Τα γεμάτα τροχιά 5S και 5P προστατεύουν τα ηλεκτρόνια 4F από τον πυρήνα, μειώνοντας το αποτελεσματικό πυρηνικό τους φορτίο.
3. ευκολότερη αφαίρεση: Τα 5D ηλεκτρόνια, που αντιμετωπίζουν ένα ισχυρότερο αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο λόγω της μικρότερης θωράκισης, διατηρούνται λιγότερο σφιχτά και είναι επομένως ευκολότερο να αφαιρεθούν.
με απλούστερους όρους:
Φανταστείτε ότι τα ηλεκτρόνια 4F είναι σαν μια ομάδα ανθρώπων που συσσωρεύονται κοντά σε μια φωτιά, προστατευμένη από τον άνεμο από έναν τοίχο. Τα ηλεκτρόνια 5D είναι πιο μακριά, εκτεθειμένα στον άνεμο (που αντιπροσωπεύει την έλξη του πυρήνα). Παρόλο που η φωτιά στο στρατόπεδο είναι η ίδια (που αντιπροσωπεύει το ενεργειακό επίπεδο), οι άνθρωποι πιο κοντά στη φωτιά (4F Electrons) είναι πιο προστατευμένα και πιο δύσκολο να κινηθούν.
Συνέπειες
Αυτό το αποτέλεσμα εξηγεί γιατί οι λανθανίδες έχουν την τάση να σχηματίζουν ιόντα με φορτίο +3. Η αφαίρεση των ηλεκτρόνων από το 5D τροχιακό οδηγεί πρώτα σε μια σχετικά σταθερή διαμόρφωση και ο περαιτέρω ιονισμός καθίσταται όλο και πιο δύσκολη λόγω των στενά διαδεδομένων 4F ηλεκτρόνων.
Σημαντική σημείωση:
Ενώ αυτή η εξήγηση είναι γενικά σωστή, είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι η πραγματική διαδικασία ιονισμού είναι πολύπλοκη και επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες. Υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις και η σειρά απομάκρυνσης ηλεκτρονίων μπορεί να μην είναι πάντα αυστηρά 5d πριν από το 4f.
