Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
14
1.5.Pierwiastki„magnetyczne”wukładzieokresowym
1.Mikroskopoweźródłamomentówmagnetycznych
Jakłatwosiędomyślić,zapełnionepowłokielektronowewatomachmajązerowywypad-
kowymomentmagnetyczny,takwięcpierwiastkamionieznikającymmomenciemagne-
tycznymsątylkote,któremająniezapełnionepowłokielektronowe-albojużjakoatomy
neutralne,albodopierowzwiązkachchemicznych,gdyzostanązjonizowane.Wukładzie
okresowymzdecydowanawiększośćpierwiastkównmagnetycznych”(rys.01.5)zgrupo-
wanajestwdwóchblokach.Sątotzw.metaleprzejściowe3d,nazywaneteżmetalami
zgrupyżelaza(Ti,V
,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu)orazlantanowce-nazywaneteżziemiami
rzadkimilubmetalamiprzejściowymi4f(Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,
Tm,Yb,Lu)5.Niezerowymomentmagnetycznyposiadająteżinnepierwiastki,np.pier-
wiastkimetaliprzejściowychzgrup4di5d,aktynowceUiNp,atakżetlen.
Obiegłównegrupypierwiastkówmagnetycznychróżniąsięzdecydowaniestrukturąelek-
tronowąiwłaściwościamimagnetycznymi.Wiążesiętoztym,żeoilewprzypadkupierwiast-
kówoniskiejliczbieatomowejZzachowanajestregułaotrzymanateoretyczniedlaatomuwo-
doru,zgodniezktórąprzyustalonejliczbieZwrazzezwiększaniemgłównejliczbykwantowej
n(numerupowłoki)wzrastająmonotonicznieenergiapoziomówenergetycznych:
E
n=−
8
Ze
πε
22
00
an
1
2
,
(01.30)
atakżenpromienie”orbit(awłaściwierozciągłośćprzestrzennaodpowiednichfunkcjifa-
lowych),towprzypadkuatomówwieloelektronowychtaprawidłowośćzostajezaburzona.
Wwynikutego,żeposzczególneelektronyoddziałująnietylkozjądrem,aleteżzinnymielek-
tronami,energiapoziomówprzestajezależećmonotonicznieodnumerupowłoki(rys.01.6).
Jednakprzezcałyczaszachowanajestprawidłowość,żewrazzezwiększaniemgłównejliczby
kwantowejzwiększasięprzestrzennarozciągłośćfunkcjifalowych.Wrezultacie:
•Wprzypadkupierwiastkówzgrupy3dzewnętrznymipowłokamisąpowłoki45i3d.
Podczastworzeniazwiązkówchemicznychatomyulegająjonizacjiitracąnajpierw
dwaelektrony45,anastępnieczęśćelektronów3d.Wrezultacieodpowiadająceza
właściwościmagnetyczneelektrony3dznajdująsięnazewnętrznejpowłoceisą
bardzopodatnenawpływtzw.elektrycznegopolakrystalicznego,tj.polaelek-
trycznegowytwarzanegowkrysztaleprzezjądraielektronyotaczającerozważanyjon.
Nawetwięcej-gdypierwiastkitetworząwiązaniametaliczne,elektrony3dmogą
zostaćzdelokalizowaneistaćsięelektronamiwędrownymi.
•Wprzypadkupierwiastkówzgrupy4f(ziemrzadkich)najpierwzapełnianesąpowło-
kizewnętrzne55(2elektrony),5p(6elektronów)i65(2elektrony),apotempowłokawe-
wnętrzna-4f.Wprocesiejonizacjiatomyoddająnajpierw2elektrony65,apotem-część
elektronów4f.(Uwaga!wzdecydowanejwiększościzwiązkówziemierzadkiewystępują
natrzecimstopniuutlenienia,tj.jakojony3+).Przezcałyczaspowłoki55i5ppozo-
stająobsadzoneiekranująwewnętrzneelektrony4fodwpływuotoczenia.Wrezultacie
5Woznaczeniach3di4f-3i4oznaczająnumerpowłokielektronowej,adifwartośćmomentu
pęduelektronunadanejpodpowłoce.Dlapodpowłokidmomentpędumawartośćl=2,adlapodpow-
łokif-l=3.Literapoznacza,żemomentpęduelektronumawartośćl=1.
