Budowa atomu i układ okresowy: od konfiguracji do właściwości

Dział zaczyna się od budowy samego atomu. W jądrze są protony i neutrony, a wokół jądra znajdują się elektrony. Liczba atomowa podaje, ile protonów ma jądro, i to ona przesądza, o jaki pierwiastek chodzi. Liczba masowa jest sumą protonów i neutronów, więc liczbę neutronów otrzymuje się, odejmując od niej liczbę atomową. Atomy jednego pierwiastka o różnej liczbie neutronów to izotopy: chemicznie zachowują się prawie tak samo, różnią się masą, a często także trwałością jądra. Nietrwałe jądra ulegają przemianom promieniotwórczym. W przemianie alfa jądro traci dwa protony i dwa neutrony, a w przemianie beta minus jeden z neutronów zamienia się w proton. W zapisie takiej przemiany liczby masowe po obu stronach strzałki dają tę samą sumę, a liczby atomowe również.

Druga część opisuje stan elektronów. Określają go liczby kwantowe: główna wskazuje powłokę, poboczna podpowłokę i kształt orbitalu, magnetyczna konkretny orbital w podpowłoce, a magnetyczna spinowa ustawienie spinu. Na tej podstawie zapisuje się konfigurację elektronową, i to na trzy sposoby: pełnym zapisem podpowłokowym, skrótem z symbolem gazu szlachetnego w nawiasie kwadratowym albo schematem klatkowym, w którym każdy orbital ma własną klatkę. Podpowłoki zapełnia się w kolejności rosnącej energii. W jednym orbitalu mieszczą się najwyżej dwa elektrony i muszą mieć przeciwne spiny, a elektrony tej samej podpowłoki najpierw obsadzają osobne orbitale, dopiero potem tworzą pary. Od tej kolejności są wyjątki, które trzeba znać: w atomach chromu i miedzi jeden elektron z podpowłoki s przechodzi na podpowłokę d.

Kolejna grupa zadań dotyczy jonów i stanów wzbudzonych. Kation powstaje przez oddanie elektronów, anion przez ich przyjęcie, więc konfiguracja jonu ma inną liczbę elektronów niż konfiguracja atomu, z którego powstał. Metale bloku d tracą najpierw elektrony z zewnętrznej podpowłoki s, a dopiero potem z podpowłoki d. Atom w stanie wzbudzonym ma tyle samo elektronów co w stanie podstawowym, tylko część z nich zajmuje podpowłoki o wyższej energii, i polecenia każą taki zapis rozpoznać albo narysować. Konfiguracja łączy się wprost z układem okresowym: numer okresu to numer najwyższej zajętej powłoki, a blok wskazuje podpowłokę zapełnianą jako ostatnia. Stąd biorą się zadania odwrotne, w których z opisu atomu albo jego izotopu trzeba ustalić pierwiastek, a potem podać jego symbol, grupę i blok.

Ostatnia część to zmienność właściwości w układzie okresowym. W okresie ładunek jądra rośnie, a liczba powłok się nie zmienia, więc jądro przyciąga elektrony coraz mocniej: promień atomu maleje, elektroujemność rośnie, a energia jonizacji, poza kilkoma wyjątkami, także rośnie. W grupie przybywa powłok i elektrony walencyjne leżą coraz dalej od jądra, przez co są słabiej przyciągane: promień rośnie, a atom łatwiej oddaje elektron. Tak samo porównuje się jony. Kation jest mniejszy od atomu, z którego powstał, anion większy, a z jonów o jednakowej liczbie elektronów najmniejszy jest ten, którego jądro ma najwięcej protonów. Gdy polecenie każe swój wybór uzasadnić, uzasadnienie ma wskazać przyczynę w budowie atomu, czyli liczbę powłok albo ładunek jądra, i jej skutek dla przyciągania elektronów.