Waarom is er geen inversie bij V?

[lynnherr]

Een neutraal atoom in de grondtoestand beschikt over:
- Vier doubletten (= elektronenparen) in s-orbitalen
- Drie ongepaarde elektronen in een d-orbitaal
 
Van welk(e ) element(en) kan dat atoom zijn?
<a> Van Fe of Co </a>
<a> Van V of Co </a>
<a>Enkel van Fe </a>
<a> Enkel van V</a>
 
<a>=> Het antwoord is B</a>
 
<a>Mijn vraag is namelijk waarom er bij V geen inversie optreedt aangezien deze 23 elektronen heeft: kan men met de laatste 2 S elektronen toch de helft van de d-orbitaal opvullen? </a>
<a>Ik dacht dat inversie optreedt indien onderliggende d-orbitaal voor de helft of volledig kan gevuld worden?</a>
 
Alvast bedankt!!

[Marko]

Dit fenomeen treedt alleen op wanneer het om 1 elektron gaat, dus in plaats van 4s² 3d⁴ krijg je 4s¹ 3d⁵. Op dat moment zijn alle 5 de subschillen evenredig gevuld. De natuur herhaalt dit trucje niet voor 2 elektronen, of in ieder geval niet voor V, en ook niet voor Ni. Voor Pd treedt iets dergelijks wél op, maar dat is meer een uitzondering.
 
Waarom voor 1 elektron wel en niet als het om 2 elektronen gaat? Dat is een heel moeilijk te beantwoorden vraag. Met allerlei moeilijke kwantummechanische berekeningen is vast wel te ondersteunen dat dit klopt, maar het is niet 1-2-3 te beredeneren. En voor iedere redenering die wél steek houdt is een element te vinden dat die redenering onderuit haalt, zie het voorbeeld van Pd.
 
Maar als ik toch mag proberen om het (in ieder geval voor V en Ni) te verklaren: Als je naar de 5 d-orbitalen kijkt, dan kun zien dat je met 3 van de 5 (xy, xz en yz) een mooi samenhangend setje hebt. Dus als je 3 elektronen hebt te verdelen, zullen die prima in die 3 orbitalen willen gaan zitten. Heb je er 4, dan heb je een probleem, want dat 4e elektron moet dan in z² of x²-y² en die is anders dan de anderen. In dat geval zal er uit het s-orbitaal een elektron "geleend" worden om alle 5 de orbitalen evenredig te vullen. Maar voor 3 is dat dus niet nodig.
 

 
Maar er staat wel een storende fout in de opgave. Want antwoord B (ik neem aan: "V of Co") klopt niet. Co heeft elektronconfiguratie [Ar] 4s² 3d⁷ en dus 2 ongepaarde d-elektronen.
 
Het goede antwoord moet D zijn. 

[Benm]

Vaak begint zoiets gewoon met experimentele data: hoeveel bindingen vind je normaliter voor een ion van een zeker element.
 
Voor veel elementen bestaan er meerdere mogelijkheden, bijvoorbeeld meestal 3, soms 5 maar zelden ook 2. 
 
Op basis van dergelijke observaties kun je conclusies trekken over hoe de electronen zich kunnen verdelen over de schillen. In verreweg de meestal elementen was dit empirisch bewijs er al voordat er enige quantummechanische duiding aan kon worden gegeven. 

[Marko]

Kletskoek. De elektronconfiguratie is bepaald aan de hand van spectroscopische experimenten. Aan de hand van ionisatie-energieën en de voorkeursladingen van ionen kun je wel afleiden dat elektronen in schillen zitten, maar niet hoe de elektronen de betreffende schillen vullen. Zo hebben Cr en Mo exact dezelfde elektronconfiguratie in de valentieschil, maar daar waar ionlading 3+ voor Cr gangbaar is kom je die bij Mo nauwelijks tegen. 

[lynnherr]

Super bedankt voor het uitgebreide antwoord! Ik zal gewoon onthouden dat inversie meestal gebeurt bij 1 elektron. 
Normaal zou het moeten kloppen dat Co 3 ongepaarde d-elektronen heeft want er zullen 7 d-elektronen zijn in totaal. 
 

Dit fenomeen treedt alleen op wanneer het om 1 elektron gaat, dus in plaats van 4s² 3d⁴ krijg je 4s¹ 3d⁵. Op dat moment zijn alle 5 de subschillen evenredig gevuld. De natuur herhaalt dit trucje niet voor 2 elektronen, of in ieder geval niet voor V, en ook niet voor Ni. Voor Pd treedt iets dergelijks wél op, maar dat is meer een uitzondering.
 
Waarom voor 1 elektron wel en niet als het om 2 elektronen gaat? Dat is een heel moeilijk te beantwoorden vraag. Met allerlei moeilijke kwantummechanische berekeningen is vast wel te ondersteunen dat dit klopt, maar het is niet 1-2-3 te beredeneren. En voor iedere redenering die wél steek houdt is een element te vinden dat die redenering onderuit haalt, zie het voorbeeld van Pd.
 
Maar als ik toch mag proberen om het (in ieder geval voor V en Ni) te verklaren: Als je naar de 5 d-orbitalen kijkt, dan kun zien dat je met 3 van de 5 (xy, xz en yz) een mooi samenhangend setje hebt. Dus als je 3 elektronen hebt te verdelen, zullen die prima in die 3 orbitalen willen gaan zitten. Heb je er 4, dan heb je een probleem, want dat 4e elektron moet dan in z² of x²-y² en die is anders dan de anderen. In dat geval zal er uit het s-orbitaal een elektron "geleend" worden om alle 5 de orbitalen evenredig te vullen. Maar voor 3 is dat dus niet nodig.
 

 
Maar er staat wel een storende fout in de opgave. Want antwoord B (ik neem aan: "V of Co") klopt niet. Co heeft elektronconfiguratie [Ar] 4s² 3d⁷ en dus 2 ongepaarde d-elektronen.
 
Het goede antwoord moet D zijn.