Elektronenconfiguraties

Laatste bijwerking : 2022.2.11

Alle atomen bestaan uit drie kleine deeltjes : elektronen, protonen en neutronen. Het aantal protonen bepaalt het gewicht van het atoom.

De elektronenconfiguratie van een atoom is de beschrijving van de elektronenverdeling op schillen rond de kern. Elke schil heeft een bepaald energieniveau ten opzichte van de kern. Algemeen mag worden gesteld dat hoe verder de schil verwijderd is van de kern, hoe hoger zijn energieniveau. Elektronen kunnen echter door hun lading de energieniveaus van de andere elektronen beïnvloeden. Normaal worden de schillen die zich het dichtst bij de kern bevinden het eerst opgevuld met elektronen, alhoewel uitzonderingen kunnen voorkomen tengevolge van afstotingen.

De elektronegativiteit is een maat voor de neiging van een atoom dat een chemische binding aangaat met een buuratoom om de gezamelijke elektronenwolk naar zich toe te trekken. Het verschil in elektronegativiteit tussen twee elementen bepaalt de natuur van de chemische binding : covalente binding indien de electronegativiteit zwak is, ionenbinding als het verschil belangrijker is.

(zie ook : "Periodiek Systeem, reeksen, metalloïden")

Overzicht inhoud :

Inhoud :

Schillen :

Het aantal elektronenschillen dat een atoom bezit bepaalt de periode waarin het element hoort. Elke schil (K, L, M, N...) is onderverdeeld in verschillende subschillen (s, p, d, f,...), die naargelang de toename van het aantal elektronen ruwweg in deze volgorde worden gevuld :

K L M N O P Q

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 5f14 6s2 6p6 6d10 6f14 7s2

2 2 222 2 222 22222 2 222 22222 2222222 2 222 22222 2222222 2 222 22222 2222222 2

2 8 18 32 32 32 2

Met toenemend atoomnummer, dus met toenemend aantal protonen of elektronen dat het atoom bevat, worden de schillen en de subschillen op een vrij regelmatige wijze opgevuld :

- de elektronen op de energiebanen rond de kern zitten meestal met (max) 2 elektronen samen met tegengestelde spin (spin-up en spin-down), eerst op 1s, dan op 2s, 2p, 3s en op 3p, maar dan volgt eerst 4s voordat 3d opgevuld wordt. Ook op verdere schillen kan dit voorkomen.

Twee spinnen in een schil moeten dus niet steeds opgevuld zijn, voordat een volgende schil een elektron krijgt.

De reden voor deze onregelmatigheden is dat er niet alleen een wisselwerking is tussen de positieve kern en het toegevoegde elektron maar ook afstoting tussen alle aanwezige elektronen.

- elk van de schillen en subschillen vertegenwoordigt eigenlijk een energieniveau. Deze energieniveaus verhogen vertrekkende van het centrum naar de buitenkant van het atoom. Elektronen plaatsen zich rond de kern op een zodanige wijze dat hun energieniveau het laagst is. Daar het energieniveau 3d zwakker is, maar toch heel dicht van het energieniveau 4s, kan een interactie met andere krachten (energie) overheersen. Op dat moment kost het minder energie (dus stabieler) een elektron te houden in een half gevulde subschil d dan in een gevulde subschil s! Soms kan ook de spin (draairichting om de as) van het elektron hierbij een rol spelen : parallelle spins geven een bepaalde elektronenconfiguratie meer stabiliteit.

Voorbeelden :

Zuurstof :

Atoomnummer/aantal elektronen/aantal protonen : 8

Atoommassa : 16 (8 protonen, 8 neutronen)

Schillen :

K L

2 6

2 2 2 1 1

1s2 2s2 2p4

u : elektron met spin-up

d : elektron met spin-down

Symbool :



.O.



Valentie-elektronen : 6 (elektronen op buitenste schil L)

2 ongepaarde elektronen spin-up (puntjes) en 2 doubletten (streepjes)

Stabiliteit :

Lading : neutraal (+8 en –8)

Doch streven naar stabiliteitsstructuur (8 elektronen (octet) op buitenste schil) : opname 2 elektronen

Hierdoor vergroot de ionstraal (maat voor iongrootte).

Vorming van een ion : O^2-

Calcium :

Atoomnummer/aantal elektronen/aantal protonen : 20

Atoommassa : 40 (20 protonen, 20 neutronen)

Schillen :

K L M N

2 8 8 2

2 2 222 2 222 2

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Symbool :

Ca :

Valentie-elektronen : 2 (elektronen op buitenste schil N)

2 ongepaarde elektronen spin-up (puntjes)

Stabiliteit :

Lading : neutraal (+20 en –20)

Doch streven naar stabiliteitsstructuur (8 elektronen (octet) op buitenste schil) : afgifte 2 elektronen

Hierdoor verkleint de ionstraal (maat voor iongrootte).

Vorming van een ion : Ca²⁺

IONENBINDING (niet covalente binding)

Ionen zijn geladen atomen of atoomgroepen die zich in een elektrisch veld kunnen verplaatsen.

Door overdracht van elektronen tussen twee atomen met respectievelijk een kleine en grote elektronegatieve waarde (kleinere of grotere affiniteit) ontstaan twee tegengesteld geladen ionen, die elkaar aantrekken tot een elektrisch neutraal systeem. In de molecule zijn de krachten uitgeoefend door elk atoom niet gelijk : de binding is niet-covalent.

Deze krachten welke tegengesteld geladen ionen aantrekken worden Coulombkrachten genoemd.



Ca : + .O. ------> CaO



Ca²⁺ + O^2- ---> CaO

CoVALENTE BINDING

Wanneer 2 gelijke atomen een molecule vormen, bijvoorbeeld (H - H) of een fluormolecule (F - F) dan trekken zij met evenveel kracht aan de elektronenwolk : in de molecule zijn de krachten uitgeoefend door elk atoom identiek : de binding is covalent. Hierbij delen de twee atomen hetzelfde elektron.

Bij de ionenbinding is deze polair. Dit komt omdat de elektronenaffiniteit van de beide elementen verschillend is.

Deze krachten welke 2 gelijke atomen aantrekken worden Van der Waalskrachten genoemd. Deze zijn beduidend zwakker dan de Coulomb-krachten bij een ionbinding.

Wanneer de atomen in een molecule langs beide zijden van de covalente binding een verschil in elektronegativiteit vertonen, dan trekt het meest elektronegatieve atoom het hardst de elektronen naar zijn kant. De molecule blijft dan wel globaal neutraal maar vertoont toch inwendig een elektrisch veld : men zegt dan dat de binding gepolariseerd is of dat de molecule polair is.

CHELATIE BINDING

Chelerende stoffen bezitten de unieke eigenschap om sterk gebonden complexen te vormen met zware metalen en calcium. Zij vormen een specifiek complex met een metaal (= chelaat), doordat ze 2 of meer potentiële liganden bevatten.

Een ligand is een atoom, ion of molecule dat in staat is om als donor-partner in 1 of meerdere coördinatiebindingen te functioneren.

In het organisme zijn de volgende liganten aanwezig : -OH (hydroxy), -COO (carboxy), H₂PO₂ (fosfaat), -SH (thiol), -NH₂ (amine) en imidazol.

Bv. :

- Glutathion : heeft -SH liganden (o.a. in look)
- Voedingsvezels : bezitten ook chelerende eigenschappen

Natuurlijke voorbeelden :

1. - vit B12 (cyanocobalamine) : chelatie van Co
  - hémoglobine : chelatie Fe atoom in oxihemoglobine (haemgroep Fe²⁺ ferro)

De meeste zware metalen bezitten een sterke affiniteit voor SH-groepen en de inactivering van SH afhankelijke enzymen vormt het belangrijkste werkingsmechanisme van de zware metalen (As, Hg, Cd).

Het resultaat van een chelatie is een complexon, een heterocyclische ring, waarin het metaal een hexa-coördinatieve binding vormt = CHELATIEBINDING.

Praktisch :

Chelatie therapie :

- EDTA heeft 4 liganden (4 x -COO) : wordt gebruikt voor chelatie met zware metalen
- Deferoxamine : cheleert Fe-ionen bij intoxicaties door Fe, maar ook bij ijzeropstapelingsziekten (hemochromatose)
- Naloxon : antidoot voor narcotische analgetica
- Acetylcysteïne : cheleert de toxische metaboliet van paracetamol
- Vit B12 : cheleert cyaniden (CN) in voeding