Calculadora de Configuració Electrònica | Tots els Elements 1-118

Què és una calculadora de configuració electrònica?

Una calculadora de configuració electrònica determina com es distribueixen els electrons d’un àtom entre els seus orbitals. Un orbital és una regió al voltant del nucli on és probable trobar-hi un electró. Introduïu un nombre atòmic de 1 a 118 i trieu una notació. La calculadora mostra la configuració electrònica en notació completa o en notació de gas noble (abreujada), juntament amb el nom de l’element, el seu símbol i un diagrama d’ompliment dels orbitals.

Què és la configuració electrònica?

La configuració electrònica és un codi breu que mostra quants electrons hi ha en cada subnivell d’un àtom. S’escriu com una sèrie d’etiquetes com 1s, 2s i 2p, cadascuna seguida d’un nombre petit en superíndex. L’etiqueta indica el nivell d’energia i la forma del subnivell. El superíndex compta els electrons que hi ha. Per exemple, la configuració del carboni és 1s² 2s² 2p², és a dir, dos electrons al subnivell 1s, dos al 2s i dos al 2p.

Tres regles determinen com s’omplen aquests subnivells:

• Principi d’Aufbau: els electrons omplen primer els subnivells de menor energia, abans de passar als de més energia.
• Principi d’exclusió de Pauli: cada orbital pot contenir com a màxim dos electrons, i els dos han de tenir espins en direccions oposades.
• Regla de Hund: quan diversos orbitals d’un subnivell tenen la mateixa energia, com els tres orbitals p, els electrons omplen primer cadascun d’ells individualment abans que qualsevol orbital rebi un segon electró.

L’ordre d’ompliment dels subnivells, de menor a major energia, és:

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

Cal tenir en compte que 4s s’omple abans que 3d, encara que «3» sigui inferior a «4». Aquesta és una de les parts més difícils del patró, i per això la seqüència la determina l’ordre anterior, no pas els nombres bruts dels nivells.

Fórmula de la configuració electrònica: com es calcula

Per construir una configuració manualment, seguiu l’ordre d’ompliment anterior i col·loqueu electrons en cada subnivell fins que s’acabin. Cada tipus de subnivell pot contenir un nombre màxim fix d’electrons:

Passos:

1. Trobeu el nombre atòmic de l’element. Aquest nombre és igual al nombre d’electrons d’un àtom neutre.
2. Seguiu l’ordre d’ompliment (1s, 2s, 2p, 3s, ...) i ompliu cada subnivell fins al seu màxim abans de passar al següent.
3. Atureu-vos quan hàgiu col·locat tots els electrons. L’últim subnivell pot quedar només parcialment ple.

Exemple resolt: sodi (Na, nombre atòmic 11)

El sodi té 11 electrons. Omplint-los en ordre: 1s conté 2, 2s conté 2, 2p conté 6 (total acumulat: 10), i queda 1 electró per a 3s.

Notació completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Notació de gas noble

La notació de gas noble escurça la configuració substituint els nivells interns complets pel símbol del gas noble més proper i més lleuger entre claudàtors. Els sis gasos nobles utilitzats com a referència són l’heli (2), el neó (10), l’argó (18), el criptó (36), el xenó (54) i el radó (86).

Els deu primers electrons del sodi, 1s² 2s² 2p⁶, coincideixen exactament amb la configuració completa del neó. Per tant, el sodi es pot escriure així:

[Ne] 3s¹

Aquesta forma abreujada és habitual en àtoms més grans, en què la notació completa tindria una dotzena o més de termes.

Més exemples resolts

Excepcions al principi d’Aufbau

Alguns elements no segueixen exactament l’ordre d’ompliment. Un subnivell que està exactament mig ple o completament ple és lleugerament més estable que la distribució que prediu el principi d’Aufbau. En la majoria dels casos, un electró es desplaça del subnivell s exterior al subnivell d inferior. En alguns elements, com el lantani i l’actini, un electró passa al subnivell d en lloc d’iniciar el subnivell f.

La calculadora emmagatzema la configuració de l’estat fonamental mesurada per a 20 elements d’aquest tipus i la utilitza en lloc de la predicció d’Aufbau. Són el crom (24), el coure (29), el niobi (41), el molibdè (42), el ruteni (44), el rodi (45), el pal·ladi (46), l’argent (47), el lantani (57), el ceri (58), el gadolini (64), el platí (78), l’or (79), l’actini (89), el tori (90), el protactini (91), l’urani (92), el neptuni (93), el curi (96) i el lawrenci (103). Tots els altres elements, de 1 a 118, segueixen l’ordre d’ompliment habitual.

Com s’utilitza la calculadora de configuració electrònica

1. Introduïu un nombre atòmic entre 1 i 118.
2. Trieu la notació de gas noble o la notació completa.
3. Llegiu el nom de l’element, el símbol, la configuració electrònica i el diagrama d’ompliment dels orbitals.
4. Copieu el resultat amb el botó de còpia.

Per què és important la configuració electrònica

La configuració electrònica d’un àtom, especialment la distribució dels seus electrons més externs (de valència), determina en gran part com s’uneix amb altres àtoms. Els elements de la mateixa columna de la taula periòdica comparteixen una configuració de valència semblant, i per això es comporten de manera similar químicament. Els químics utilitzen la configuració electrònica per predir els estats d’oxidació, els tipus d’enllaç i la reactivitat. Els físics la fan servir per explicar els espectres atòmics, és a dir, els colors específics de la llum que absorbeix o emet un element. La configuració electrònica també és la base de la notació dels nombres quàntics, en què quatre nombres (n, l, mₗ, mₛ) descriuen el nivell d’energia, la forma del subnivell, l’orientació de l’orbital i l’espín d’un electró.

Preguntes freqüents

Què és la configuració electrònica? La configuració electrònica és la distribució dels electrons entre els subnivells d’un àtom, escrita com una seqüència com 1s² 2s² 2p⁶. Segueix el principi d’Aufbau, el principi d’exclusió de Pauli i la regla de Hund.

Com s’escriu una configuració electrònica? Enumereu cada subnivell ocupat en l’ordre d’ompliment, amb un superíndex que indiqui el nombre d’electrons. El carboni (nombre atòmic 6) s’escriu 1s² 2s² 2p².

Què és la notació de gas noble? És una forma abreujada que substitueix els electrons que coincideixen amb una configuració completa de gas noble pel símbol d’aquest gas entre claudàtors, seguit dels electrons restants. El sodi és [Ne] 3s¹ en lloc de 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.

Per què el crom i el coure trenquen el patró d’ompliment habitual? Un subnivell d mig ple o completament ple és més estable que la configuració que prediu l’ordre d’Aufbau, de manera que un electró 4s es desplaça al subnivell 3d. El crom acaba com [Ar] 4s¹ 3d⁵ i el coure com [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. El pal·ladi va més enllà i buida completament el seu subnivell 5s, de manera que queda [Kr] 4d¹⁰.

Quants electrons pot contenir un subnivell? Un subnivell s pot contenir fins a 2 electrons, el p fins a 6, el d fins a 10 i el f fins a 14.

Com es relacionen els electrons de valència amb la taula periòdica? Els electrons de valència són els de la capa més externa. En els elements del grup principal, el nombre d’electrons de valència sol coincidir amb el nombre del grup de l’element, i per això els elements del mateix grup reaccionen de manera similar.