Mi az a parositatlan elektronok szama a molekulaban, vagy atomban, es hogy hatarozhato meg?

Az elektronok az atomban atompályákon vannak. Az egyes atomokat három paraméterrel, kvantumszámmal jellemezhetjük: a fő-, mellék- és mágneses kvantumszámmal. Azok az elektronok, amelyeknek azonos a főkvantumszámuk, egy elektronhéjat alkotnak. Az eltérő elektronhéjjakon levő atomoknak az energiájuk is eltér. Azok az elektronok, amiknek a fő- és mellékkvantumszámuk is azonos, egy alhéjat alkotnak. Az egyes alhéjaknak is (bár kisebb mértékben), eltér az energiájuk. Ha a fő-, mellék és mágneses kvantumszám is megegyezik, az elektronok egy atompályán vannak. Az azonos alhéjon levő atompályák energiája megegyezik (degeneráltak), kivéve, ha mágneses térbe kerül az atom.

Még egy kvantumszám jellemző az atomban levő elektronokra, a spinkvantumszám, ami az elektron saját perdületére (ill. mágnese momentumra) vonatkozik). A Pauli-elv kimondja, hogy nem lehet két elektron egy atomon belül, aminek mind a négy kvantumszáma megegyezik, ebből következik, hogy egy atompályán maximum két elektron lehet. Párosítatlan elektronról akkor beszélünk, ha egy elektron van egy atompályán.

Mint említettem, az egy alhéjon lévő pályák energiája (általában) megegyezik, tehát itt nem számít az energiaminimumra való törekvés. A Hund-szabály kimondja, hogy az egyes alhéjakon belül az elektronok úgy helyezkedek el, hogy a lehető legtöbb legyen párosítatlan. Ebből ki lehet számolni, egy adott (magányos) atomban hány párosítatlan elektron van (maximum multiplicitás).

[link]

Molekulákban a helyzet bonyolultabb kicsit. Középiskolai szinten ezt nem is kell tudni. Molekulákban az atompályák kombinációjával molekulapályák jönnek létre. Ezekre hasonló szabályok érvényesek, azaz itt is érvényes a energiaminimumra való törekvés, a Pauli-elv és a Hund-szabály. Ha utána akarsz nézni molekulapálya elmélet (MO = Molecular Orbital) néven tudsz rákeresni.

Egy tényleges fizikai anyagról a mágneses tulajdonságai alapján lehet megállapítani, hogy van-e benne párosítatlan elektron. Ha van paramágneses (esetleg ferromágneses), ha nincs, diamágenseses.

Nem. Éppen erre vonatkozik a Hund-szabály. Egy alhéjon belül a pályák úgy töltődnek fel, hogy maximális számú páratlan elektron legyen.

Nézzük pl. a magányos oxigénatomot. 8 elektronja van. Az első héjra kettő fér összesen (1s alhéj). A második héjon először a 2s alhéj töltődik fel (az a kisebb energiájú). Erre is két elektron fér. A 2p alhéjra jut a maradék négy elektron. (Tehát az elektronszerkezet: 1s^2 2s^2 2p^4.)

A p alhéjon belül 3 atompálya van (2p(x), 2p(y), 2p(z)). Ezeknek az energiája megegyezik, tehát itt érvényeül a Hund-szabály. Az első elektron az első pályára fog kerülni (mondjuk az x-re), második viszont a másodikra, a harmadik a harmadikra, hogy minél több párosítatlan elektron legyen! A negyedik elektron már nem tud üres pályára kerülni, így az egyik elektronnal fog párt képezni (pl. a 2p(x) pályán. Tehát a magányos(!) oxigén atomban 2 párosítatlan elektron van.

A nitrogén atomban egyel kevesebb elektron van, gy a 2p alhéjra csak három elektron kerül. A fentiek alapján nem nehéz belátni, hogy abban három párosítatlan elektron lesz.

Molekulákban a helyzet hasonló, csak ott molekulaőályákról kell beszélnünk, ami nincs benn a középiskolai tananyagban. Pl. az oxigén molekulában két párosítatlan elektron van, de ezt az iskolában tanult vegyértékkötés elmélet (VSPER) nem tudja megmagyarázni, csak a MO elmélet. Ez utóbbit én se ismerem egészen pontosan (a mögötte álló matematika elég bonyolult), csak akkor érdemes vele foglalkozni, ha komolyabban is érdekel a kémia.