Kalkulačka elektronové konfigurace | Všechny prvky 1-118

Co je kalkulačka elektronové konfigurace?

Kalkulačka elektronové konfigurace zjistí, jak jsou elektrony v atomu rozmístěny mezi jeho orbitaly. Orbital je oblast kolem jádra, kde se elektron pravděpodobně nachází. Zadejte atomové číslo od 1 do 118 a kalkulačka vrátí elektronovou konfiguraci v úplném zápisu i ve zkráceném zápisu pomocí vzácného plynu spolu s diagramem zaplňování orbitalů.

Co je elektronová konfigurace?

Elektronová konfigurace je krátký zápis, který ukazuje, kolik elektronů se nachází v každé podslupce atomu. Zapisuje se jako řada označení, například 1s, 2s a 2p, za nimiž následuje malé číslo v horním indexu. Označení udává energetickou hladinu a tvar podslupky. Horní index udává počet elektronů v ní. Například konfigurace uhlíku je 1s² 2s² 2p², což znamená dva elektrony v podslupce 1s, dva v 2s a dva v 2p.

Způsob zaplňování těchto podslupek se řídí třemi pravidly:

• Aufbauův princip: elektrony nejprve zaplňují podslupky s nejnižší energií a teprve potom přecházejí do energeticky vyšších podslupek.
• Pauliho vylučovací princip: v každém orbitalu mohou být nejvýše dva elektrony a jejich spiny musí mít opačný směr.
• Hundovo pravidlo: když má několik orbitalů v podslupce stejnou energii, například tři orbitaly p, elektrony nejprve obsadí každý z nich po jednom a teprve potom se do některého orbitalu přidá druhý elektron.

Pořadí zaplňování podslupek od nejnižší po nejvyšší energii je:

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

Všimněte si, že 4s se zaplňuje před 3d, přestože „3“ je nižší než „4“. Jde o jednu z obtížnějších částí tohoto vzorce, a proto pořadí uvedené výše, nikoli samotná čísla slupek, určuje posloupnost.

Vzorec elektronové konfigurace: jak ji vypočítat

Chcete-li konfiguraci sestavit ručně, postupujte podle výše uvedeného pořadí zaplňování a umisťujte elektrony do jednotlivých podslupek, dokud všechny nevyčerpáte. Každý typ podslupky pojme pevně stanovený maximální počet elektronů:

Postup:

1. Zjistěte atomové číslo prvku. To se rovná počtu elektronů v neutrálním atomu.
2. Postupujte podle pořadí zaplňování (1s, 2s, 2p, 3s, ...) a každou podslupku zaplňte na její maximum, než přejdete k další.
3. Skončete, jakmile bude umístěn každý elektron. Poslední podslupka může být zaplněna pouze částečně.

Praktický příklad: sodík (Na, atomové číslo 11)

Sodík má 11 elektronů. Při zaplňování v daném pořadí: 1s pojme 2, 2s pojme 2, 2p pojme 6 (průběžný součet: 10), takže pro 3s zbývá 1 elektron.

Úplný zápis: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Zápis pomocí vzácného plynu

Zápis pomocí vzácného plynu zkracuje konfiguraci tím, že zaplněné vnitřní slupky nahradí v hranatých závorkách značkou nejbližšího lehčího vzácného plynu. Šest vzácných plynů používaných jako referenční body je helium (2), neon (10), argon (18), krypton (36), xenon (54) a radon (86).

Prvních deset elektronů sodíku, 1s² 2s² 2p⁶, přesně odpovídá úplné konfiguraci neonu. Sodík tedy lze zapsat takto:

[Ne] 3s¹

Tento zkrácený zápis se běžně používá u větších atomů, u nichž by úplný zápis obsahoval tucet nebo více členů.

Další řešené příklady

Odchylky od Aufbauova principu

Několik prvků se řídí pořadím zaplňování jen přibližně. Důvodem je, že podslupka, která je přesně z poloviny nebo zcela zaplněná, je o něco stabilnější než uspořádání předpovídané Aufbauovým principem, takže jeden elektron přejde z podslupky s do blízké podslupky d nebo f.

Dalších šestnáct prvků, většinou z přechodných kovů, lanthanoidů a aktinoidů, má podobné nepravidelnosti. Příklady jsou palladium ([Kr] 4d¹⁰), platina ([Xe] 6s¹ 4f¹⁴ 5d⁹) a uran ([Rn] 7s² 5f³ 6d¹). Kalkulačka u všech 20 těchto prvků ukládá pozorovanou konfiguraci v základním stavu, nikoli tu, kterou by předpovídalo prosté Aufbauovo pořadí.

Jak používat kalkulačku elektronové konfigurace

1. Zadejte atomové číslo mezi 1 a 118.
2. Vyberte zápis pomocí vzácného plynu nebo úplný zápis.
3. Přečtěte si název prvku, jeho symbol, elektronovou konfiguraci a diagram zaplňování orbitalů.
4. Výsledek zkopírujte tlačítkem pro kopírování.

Proč je elektronová konfigurace důležitá

Elektronová konfigurace atomu, zejména uspořádání jeho nejvzdálenějších (valenčních) elektronů, do značné míry určuje, jak se váže s jinými atomy. Prvky ve stejném sloupci periodické tabulky mají podobnou valenční konfiguraci, a proto se chemicky chovají podobně. Chemici používají elektronovou konfiguraci k předpovědi oxidačních stavů, typů vazeb a reaktivity. Fyzikům slouží k vysvětlení atomových spekter, tedy konkrétních barev světla, které prvek absorbuje nebo vyzařuje. Elektronová konfigurace je také základem zápisu kvantových čísel, v němž čtyři čísla (n, l, mₗ, mₛ) popisují energetickou hladinu elektronu, tvar podslupky, orientaci orbitalu a spin.

Často kladené otázky

Co je elektronová konfigurace? Elektronová konfigurace je uspořádání elektronů v podslupkách atomu zapsané jako posloupnost, například 1s² 2s² 2p⁶. Řídí se Aufbauovým principem, Pauliho vylučovacím principem a Hundovým pravidlem.

Jak se zapisuje elektronová konfigurace? Uveďte každou obsazenou podslupku v pořadí zaplňování a pomocí horního indexu označte počet jejích elektronů. Uhlík (atomové číslo 6) se zapisuje 1s² 2s² 2p².

Co je zápis pomocí vzácného plynu? Jde o zkrácený zápis, který elektrony odpovídající úplné konfiguraci vzácného plynu nahrazuje symbolem tohoto plynu v hranatých závorkách, za nímž následují zbývající elektrony. Sodík se zapisuje jako [Ne] 3s¹ místo 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.

Proč chrom a měď porušují obvyklý způsob zaplňování? Napůl zaplněná nebo plně zaplněná podslupka d je stabilnější než konfigurace předpovídaná Aufbauovým pořadím, a proto jeden elektron 4s přejde do podslupky 3d.

Kolik elektronů se vejde do podslupky? Do podslupky s se vejdou nejvýše 2 elektrony, do p nejvýše 6, do d nejvýše 10 a do f nejvýše 14.

Jak souvisejí valenční elektrony s periodickou tabulkou? Valenční elektrony jsou elektrony v nejvzdálenější slupce. U prvků hlavních skupin počet valenčních elektronů obvykle odpovídá číslu skupiny prvku, a proto prvky ve stejné skupině reagují podobným způsobem.

Reference

1. National Institute of Standards and Technology. Ground Levels and Ionization Energies for the Neutral Atoms (NIST Standard Reference Database 111). NIST: základní hladiny neutrálních atomů — konfigurace v základním stavu jsou zkráceny značkami vzácných plynů v hranatých závorkách.
2. National Institute of Standards and Technology. Electronic configurations of the elements. NIST: konfigurace v základním stavu, H až U — pozorované konfigurace, včetně Na [Ne] 3s¹, Fe [Ar] 3d⁶ 4s², Cr [Ar] 3d⁵ 4s¹, Cu [Ar] 3d¹⁰ 4s¹, Ag [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ a Au [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹.