Калкулатор за електронна конфигурация | Всички елементи 1-118

Какво представлява калкулаторът за електронна конфигурация?

Калкулаторът за електронна конфигурация намира как електроните в един атом са разпределени по орбиталите му. Орбиталата е област около ядрото, в която вероятно се намира електрон. Въведете атомен номер от 1 до 118 и калкулаторът връща електронната конфигурация в пълен запис и в съкратен запис с благороден газ, заедно с диаграма на запълването на орбиталите.

Какво представлява електронната конфигурация?

Електронната конфигурация е кратък код, който показва колко електрона се намират във всеки подслой на атома. Тя се записва като поредица от означения като 1s, 2s и 2p, всяко от които е последвано от малко число като горен индекс. Означението посочва енергийното ниво и формата на подслоя. Горният индекс показва броя на електроните в него. Например конфигурацията на въглерода е 1s² 2s² 2p², което означава два електрона в подслоя 1s, два в 2s и два в 2p.

Три правила определят как електроните запълват тези подслоеве:

• Принцип на Ауфбау: електроните първо запълват подслоевете с най-ниска енергия, преди да преминат към по-високоенергийните.
• Принцип на забраната на Паули: всяка орбитала съдържа най-много два електрона и те трябва да имат противоположни спинове.
• Правило на Хунд: когато няколко орбитали в един подслой имат еднаква енергия, например трите p-орбитали, електроните първо заемат всяка от тях поотделно, преди някоя орбитала да получи втори електрон.

Редът, в който подслоевете се запълват от най-ниската към най-високата енергия, е:

11s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
2

Забележете, че 4s се запълва преди 3d, въпреки че „3“ е по-малко от „4“. Това е една от по-трудните части на закономерността и затова последователността се определя от посочения по-горе ред, а не от самите номера на обвивките.

Формула за електронната конфигурация: как се изчислява

За да съставите конфигурация на ръка, следвайте горния ред на запълване и поставяйте електрони във всеки подслой, докато те свършат. Всеки тип подслой побира определен максимален брой електрони:

Стъпки:

1. Намерете атомния номер на елемента. Той е равен на броя електрони в неутрален атом.
2. Следвайте реда на запълване (1s, 2s, 2p, 3s, ...) и запълвайте всеки подслой до максималния му капацитет, преди да преминете към следващия.
3. Спрете, когато всеки електрон бъде разпределен. Последният подслой може да е запълнен само частично.

Решен пример: натрий (Na, атомен номер 11)

Натрият има 11 електрона. При запълване по ред: 1s побира 2, 2s побира 2, 2p побира 6 (общо дотук: 10), а за 3s остава 1 електрон.

Пълен запис: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Запис с благороден газ

Записът с благороден газ съкращава конфигурацията, като замества запълнените вътрешни слоеве със символа на най-близкия по-лек благороден газ в скоби. Шестте благородни газа, използвани като опорни точки, са хелий (2), неон (10), аргон (18), криптон (36), ксенон (54) и радон (86).

Първите десет електрона на натрия, 1s² 2s² 2p⁶, съвпадат точно с пълната конфигурация на неона. Затова натрият може да се запише така:

[Ne] 3s¹

Този съкратен запис е обичаен за по-големи атоми, при които пълният запис би съдържал дузина или повече съставни части.

Допълнителни решени примери

Изключения от принципа на Ауфбау

Шепа елементи не следват точно реда на запълване. Това се случва, защото подслой, който е точно наполовина или напълно запълнен, е малко по-стабилен от разположението, предвидено от принципа на Ауфбау, и затова един електрон преминава от s подслоя към съседен d или f подслой.

Още шестнадесет елемента, предимно сред преходните метали, лантаноидите и актиноидите, имат подобни отклонения. Примери са паладий ([Kr] 4d¹⁰), платина ([Xe] 6s¹ 4f¹⁴ 5d⁹) и уран ([Rn] 7s² 5f³ 6d¹). Калкулаторът съхранява наблюдаваната конфигурация в основно състояние за всички 20 от тези елементи, а не тази, която би предвидил обикновеният ред на Ауфбау.

Как се използва калкулаторът за електронна конфигурация

1. Въведете атомен номер между 1 и 118.
2. Изберете запис с благороден газ или пълен запис.
3. Прочетете името и символа на елемента, електронната конфигурация и диаграмата на запълване на орбиталите.
4. Копирайте резултата с бутона за копиране.

Защо електронната конфигурация е важна

Електронната конфигурация на атома, особено разпределението на най-външните му (валентни) електрони, до голяма степен определя как той се свързва с други атоми. Елементите в една и съща колона на периодичната таблица имат сходна валентна конфигурация и затова проявяват сходни химични свойства. Химиците използват електронната конфигурация, за да предсказват степените на окисление, видовете химични връзки и реактивността. Физиците я използват, за да обясняват атомните спектри — специфичните цветове на светлината, които даден елемент поглъща или излъчва. Електронната конфигурация е в основата и на нотацията с квантови числа, при която четири числа (n, l, mₗ, mₛ) описват енергийното ниво на електрона, формата на подслоя, ориентацията на орбиталата и спина.

Често задавани въпроси

Какво представлява електронната конфигурация? Електронната конфигурация е разпределението на електроните по подслоевете на атома, записано като поредица например 1s² 2s² 2p⁶. Тя следва принципа на Ауфбау, принципа на забраната на Паули и правилото на Хунд.

Как се записва електронна конфигурация? Всеки зает подслой се записва в реда на запълването, като горният индекс показва броя на електроните в него. Въглеродът (атомен номер 6) се записва като 1s² 2s² 2p².

Какво представлява записът с благороден газ? Това е съкратен запис, при който електроните, съответстващи на пълната конфигурация на благороден газ, се заменят със символа на този газ в квадратни скоби, последван от останалите електрони. Натрият се записва като [Ne] 3s¹ вместо 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.

Защо хромът и медта нарушават обичайния ред на запълване? Наполовина запълнен или напълно запълнен d подслой е по-стабилен от конфигурацията, предвидена от реда на Ауфбау, затова един 4s електрон преминава в 3d подслоя.

Колко електрона може да побере един подслой? s-подслоят побира до 2 електрона, p — до 6, d — до 10, а f — до 14.

Как са свързани валентните електрони с периодичната таблица? Валентните електрони са електроните във външния слой. При елементите от главните групи броят на валентните електрони обикновено съвпада с номера на групата на елемента, поради което елементите от една и съща група реагират по сходен начин.

Източници

1. National Institute of Standards and Technology. Ground Levels and Ionization Energies for the Neutral Atoms (NIST Standard Reference Database 111). NIST ground levels of neutral atoms — конфигурациите в основно състояние са съкратени със символи на редки (благородни) газове в скоби.
2. National Institute of Standards and Technology. Electronic configurations of the elements. NIST ground-state configurations, H to U — наблюдавани конфигурации, включително Na [Ne] 3s¹, Fe [Ar] 3d⁶ 4s², Cr [Ar] 3d⁵ 4s¹, Cu [Ar] 3d¹⁰ 4s¹, Ag [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ и Au [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹.