Ugrás a tartalomhoz

A kvantumkémia alapjai és alkalmazása

Veszprémi Tamás, Fehér Miklós

Educatio Társadalmi Szolgáltató Nonprofit Kft.

6.3. Pohárköszöntő a periódusos rendszer felépülésére

6.3. Pohárköszöntő a periódusos rendszer felépülésére

Tisztelt Hölgyeim és Uraim!

Az előbb mondottak alapján joggal élhetünk a gyanúperrel, hogy szeretett periódusos rendszerünk mindez ideig kifogástalannak hitt felépítési elve mégsem olyan makulátlan, mint gondoltuk.

Mert ugyebár, ha a rendszám növekedésével szép sorjában az egymás után következő pályákra telepítjük az elektronokat, ezáltal egy atomot elektron-konfigurációjával jellemzünk. Mily esztétikus is az egész építmény, még akkor is, ha itt-ott (nem is túl ritkán) némi zavar támad a felépítés szigorú rendjén. Hiszen e botlások is oly logikusak! Például az argon elektronkonfigurációja [Ne]3s23p6, az utána következő káliumé pedig nem az elméletileg várható [Ne]3s23p63d1, hanem [Ar]4s1, és a 3d pályák betöltése csak a 4s pálya teljes betöltődése után kezdődhet (a szkandiumnál). Az természetes, hogy a pályaenergiák változnak a rendszámmal. A fenti rendetlenség lám azt bizonyítja, hogy a pályaenergiák változása a pálya típusától függ: nagyobb mellékkvantumszámú pálya energiája kevésbé csökken („mélyül”) a rendszám növekedtével, mint a kisebbé, ezért a pályák energiasorrendje a rendszámmal változhat. Más jellegű furcsaságot észlelünk pl. a réz elektronkonfigurációjában. Amíg a 28-as rendszámú Ni elektronkonfigurációja [Ar]4s23d8, addig a 29-es Cu-é [Ar]4s13d10. De ezt is könnyen megérthetjük, hiszen a teljesen betöltött d-pályák jobban stabilizálják az atomot, mint az s-pályák, ezért energianyereséggel jár, ha egy elektron a 4s-pályáról a 3d-re ugrik.

Most viszont egész más szemmel vagyunk kénytelenek látni a periódusos rendszert és a benne rejlő törvényszerűségeket. Hisz nincsenek is pályák! És az elektronkonfiguráció egy nyílthéjú atom esetében önmagában nem sokat ér, mivel egy konfigurációhoz számos állapot tartozhat. Márpedig az atom állapota és az állapothoz tartozó energia, valamint az állapotot leíró hullámfüggvény a döntő! Azt, hogy milyen pályák vesznek részt a determináns-hullámfüggvény felépítésében és mekkorák a pályaenergiák, pusztán egy matematikai eljárás, a variációs elv határozza meg. A periodicitást az atomi állapotoknak sokkal jobban kell tükrözniük, mint a konfigurációknak, és segítségükkel az atomok tulajdonságait is sokkal jobban kell tudnunk értelmezni.

Ezek után felejtsük el a felépítési elvet? A periódusos rendszer nyilvánvalóan működik nélküle is. De gondoljuk meg, hogy ez a roppant egyszerű modell mennyire hatékony! Még az is a modell erejét bizonyítja, hogy a várhatótól való eltéréseket is szemléletesen és képbe illően tudja magyarázni. Ezért hát, Hölgyeim és Uraim, fogadjuk el, mint a molekulapálya-elmélettel szorosan összefüggő, ahhoz kapcsolódó modellt, mely egyszerűsége, könnyű kezelhetősége miatt segítségünkre lehet bonyolult jelenségek megértésében, ám legyünk tisztában fizikai és filozófiai korlátaival is!

Egészségünkre!