Υπολογιστής Ηλεκτρονικής Διαμόρφωσης | Όλα τα Στοιχεία 1-118

Τι είναι ένας υπολογιστής ηλεκτρονιακής διαμόρφωσης;

Ένας υπολογιστής ηλεκτρονιακής διαμόρφωσης βρίσκει πώς κατανέμονται τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου στα τροχιακά του. Τροχιακό είναι η περιοχή γύρω από τον πυρήνα όπου είναι πιθανό να βρεθεί ένα ηλεκτρόνιο. Εισαγάγετε έναν ατομικό αριθμό από 1 έως 118 και επιλέξτε μια σημειογραφία. Ο υπολογιστής επιστρέφει την ηλεκτρονιακή διαμόρφωση σε πλήρη σημειογραφία ή σε σημειογραφία ευγενούς αερίου (συντομογραφία), μαζί με το όνομα του στοιχείου, το σύμβολό του και ένα διάγραμμα της πλήρωσης των τροχιακών.

Τι είναι η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση;

Η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση είναι ένας σύντομος κώδικας που δείχνει πόσα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε κάθε υποστιβάδα ενός ατόμου. Γράφεται ως σειρά συμβόλων όπως 1s, 2s και 2p, καθένα από τα οποία ακολουθείται από έναν μικρό εκθέτη. Το σύμβολο δηλώνει το ενεργειακό επίπεδο και το σχήμα της υποστιβάδας. Ο εκθέτης δηλώνει τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε αυτήν. Για παράδειγμα, η διαμόρφωση του άνθρακα είναι 1s² 2s² 2p², δηλαδή δύο ηλεκτρόνια στην υποστιβάδα 1s, δύο στην 2s και δύο στην 2p.

Τρεις κανόνες διέπουν τον τρόπο πλήρωσης αυτών των υποστιβάδων:

• Αρχή Aufbau: τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν πρώτα τις υποστιβάδες χαμηλότερης ενέργειας και έπειτα μετακινούνται σε υψηλότερης ενέργειας.
• Απαγορευτική αρχή του Pauli: κάθε τροχιακό χωρά το πολύ δύο ηλεκτρόνια και τα δύο πρέπει να έχουν αντίθετες ιδιοπεριστροφές.
• Κανόνας του Hund: όταν πολλά τροχιακά μιας υποστιβάδας έχουν ίση ενέργεια, όπως τα τρία τροχιακά p, τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν πρώτα από ένα σε καθένα, πριν κάποιο τροχιακό αποκτήσει δεύτερο ηλεκτρόνιο.

Η σειρά με την οποία γεμίζουν οι υποστιβάδες, από τη χαμηλότερη προς την υψηλότερη ενέργεια, είναι:

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

Σημειώστε ότι η 4s γεμίζει πριν από την 3d, παρόλο που το «3» είναι μικρότερο από το «4». Αυτό είναι ένα από τα πιο δύσκολα σημεία του μοτίβου και γι’ αυτό τη σειρά την καθορίζει η παραπάνω διάταξη και όχι οι ακατέργαστοι αριθμοί των στιβάδων.

Τύπος ηλεκτρονιακής διαμόρφωσης: πώς υπολογίζεται

Για να σχηματίσετε μια διαμόρφωση με το χέρι, ακολουθήστε την παραπάνω σειρά πλήρωσης και τοποθετήστε ηλεκτρόνια σε κάθε υποστιβάδα μέχρι να εξαντληθούν. Κάθε τύπος υποστιβάδας χωρά έναν καθορισμένο μέγιστο αριθμό ηλεκτρονίων:

Βήματα:

1. Βρείτε τον ατομικό αριθμό του στοιχείου. Αυτός ισούται με τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε ένα ουδέτερο άτομο.
2. Ακολουθήστε τη σειρά πλήρωσης (1s, 2s, 2p, 3s, ...) και γεμίστε κάθε υποστιβάδα μέχρι το μέγιστό της πριν προχωρήσετε στην επόμενη.
3. Σταματήστε όταν έχουν τοποθετηθεί όλα τα ηλεκτρόνια. Η τελευταία υποστιβάδα μπορεί να είναι μόνο μερικώς γεμάτη.

νάτριο (Na, ατομικός αριθμός 11)

Το νάτριο έχει 11 ηλεκτρόνια. Με πλήρωση κατά σειρά: η 1s χωρά 2, η 2s χωρά 2, η 2p χωρά 6 (σύνολο μέχρι εδώ: 10), οπότε απομένει 1 ηλεκτρόνιο για την 3s.

Πλήρης σημειογραφία: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Σημειογραφία ευγενούς αερίου

Η σημειογραφία ευγενούς αερίου συντομεύει τη διαμόρφωση αντικαθιστώντας τις συμπληρωμένες εσωτερικές στιβάδες με το σύμβολο του πλησιέστερου ελαφρύτερου ευγενούς αερίου μέσα σε αγκύλες. Τα έξι ευγενή αέρια που χρησιμοποιούνται ως σημεία αναφοράς είναι το ήλιο (2), το νέον (10), το αργό (18), το κρυπτό (36), το ξένον (54) και το ραδόνιο (86).

Τα πρώτα δέκα ηλεκτρόνια του νατρίου, 1s² 2s² 2p⁶, αντιστοιχούν ακριβώς στην πλήρη διαμόρφωση του νέον. Επομένως, το νάτριο μπορεί να γραφτεί ως:

[Ne] 3s¹

Αυτή η συντομογραφία είναι συνηθισμένη για μεγαλύτερα άτομα, όπου η πλήρης σημειογραφία θα περιλάμβανε δώδεκα ή και περισσότερους όρους.

Περισσότερα λυμένα παραδείγματα

Εξαιρέσεις από την αρχή Aufbau

Μερικά στοιχεία δεν ακολουθούν ακριβώς τη σειρά πλήρωσης. Μια υποστιβάδα που είναι ακριβώς μισογεμάτη ή πλήρως γεμάτη είναι ελαφρώς πιο σταθερή από τη διάταξη που προβλέπει η αρχή Aufbau. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από την εξωτερική s υποστιβάδα στην d υποστιβάδα που βρίσκεται χαμηλότερα. Σε λίγα στοιχεία, όπως το λανθάνιο και το ακτίνιο, ένα ηλεκτρόνιο εισέρχεται στην d υποστιβάδα αντί να αρχίσει να γεμίζει την f υποστιβάδα.

Ο υπολογιστής αποθηκεύει την πειραματικά μετρημένη διαμόρφωση θεμελιώδους κατάστασης για 20 τέτοια στοιχεία και τη χρησιμοποιεί αντί για την πρόβλεψη της Aufbau. Αυτά είναι το χρώμιο (24), ο χαλκός (29), το νιόβιο (41), το μολυβδαίνιο (42), το ρουθήνιο (44), το ρόδιο (45), το παλλάδιο (46), ο άργυρος (47), το λανθάνιο (57), το δημήτριο (58), το γαδολίνιο (64), η πλατίνα (78), ο χρυσός (79), το ακτίνιο (89), το θόριο (90), το πρωτακτίνιο (91), το ουράνιο (92), το ποσειδώνιο (93), το κούριο (96) και το λωρένσιο (103). Κάθε άλλο στοιχείο από 1 έως 118 ακολουθεί την απλή σειρά πλήρωσης.

Πώς χρησιμοποιείται ο υπολογιστής ηλεκτρονιακής διαμόρφωσης

1. Εισαγάγετε έναν ατομικό αριθμό μεταξύ 1 και 118.
2. Επιλέξτε σημειογραφία ευγενούς αερίου ή πλήρη σημειογραφία.
3. Διαβάστε το όνομα του στοιχείου, το σύμβολο, την ηλεκτρονιακή διαμόρφωση και το διάγραμμα πλήρωσης των τροχιακών.
4. Αντιγράψτε το αποτέλεσμα με το κουμπί αντιγραφής.

Γιατί έχει σημασία η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση

Η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση ενός ατόμου, ιδιαίτερα η διάταξη των εξωτερικότερων ηλεκτρονίων του (ηλεκτρόνια σθένους), καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τον τρόπο με τον οποίο αυτό σχηματίζει δεσμούς με άλλα άτομα. Τα στοιχεία της ίδιας στήλης του περιοδικού πίνακα έχουν παρόμοια διαμόρφωση σθένους και γι’ αυτό παρουσιάζουν παρόμοια χημική συμπεριφορά. Οι χημικοί χρησιμοποιούν την ηλεκτρονιακή διαμόρφωση για να προβλέψουν τις βαθμίδες οξείδωσης, τους τύπους δεσμών και τη δραστικότητα. Οι φυσικοί τη χρησιμοποιούν για να εξηγήσουν τα ατομικά φάσματα, δηλαδή τα συγκεκριμένα χρώματα φωτός που απορροφά ή εκπέμπει ένα στοιχείο. Η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση αποτελεί επίσης τη βάση της σημειογραφίας των κβαντικών αριθμών, όπου τέσσερις αριθμοί (n, l, mₗ, mₛ) περιγράφουν τη στάθμη ενέργειας, το σχήμα της υποστιβάδας, τον προσανατολισμό του τροχιακού και την ιδιοπεριστροφή ενός ηλεκτρονίου.

Συχνές ερωτήσεις

Τι είναι η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση; Η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση είναι η κατανομή των ηλεκτρονίων στις υποστιβάδες ενός ατόμου, γραμμένη ως ακολουθία όπως 1s² 2s² 2p⁶. Ακολουθεί την αρχή Aufbau, την απαγορευτική αρχή του Pauli και τον κανόνα του Hund.

Πώς γράφεται η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση; Παραθέστε κάθε κατειλημμένη υποστιβάδα με τη σειρά πλήρωσης, με έναν εκθέτη που δείχνει τον αριθμό των ηλεκτρονίων της. Ο άνθρακας (ατομικός αριθμός 6) γράφεται 1s² 2s² 2p².

Τι είναι η σημειογραφία ευγενούς αερίου; Είναι μια συντομογραφία που αντικαθιστά τα ηλεκτρόνια τα οποία αντιστοιχούν σε πλήρη διαμόρφωση ευγενούς αερίου με το σύμβολο του αερίου σε αγκύλες, ακολουθούμενο από τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια. Το νάτριο είναι [Ne] 3s¹ αντί για 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.

Γιατί το χρώμιο και ο χαλκός διαταράσσουν το κανονικό μοτίβο πλήρωσης; Μια μισογεμάτη ή πλήρως γεμάτη d υποστιβάδα είναι πιο σταθερή από τη διαμόρφωση που προβλέπει η σειρά Aufbau, οπότε ένα ηλεκτρόνιο 4s μετακινείται στην υποστιβάδα 3d. Το χρώμιο καταλήγει στη διαμόρφωση [Ar] 4s¹ 3d⁵ και ο χαλκός στη [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. Το παλλάδιο προχωρά ακόμη περισσότερο και εκκενώνει πλήρως την 5s υποστιβάδα του, με αποτέλεσμα τη διαμόρφωση [Kr] 4d¹⁰.

Πόσα ηλεκτρόνια χωρά μια υποστιβάδα; Μια υποστιβάδα s χωρά έως 2, η p έως 6, η d έως 10 και η f έως 14.

Πώς σχετίζονται τα ηλεκτρόνια σθένους με τον περιοδικό πίνακα; Τα ηλεκτρόνια σθένους είναι εκείνα που βρίσκονται στην εξωτερική στιβάδα. Για τα στοιχεία των κύριων ομάδων, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους συνήθως αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας του στοιχείου, γι’ αυτό τα στοιχεία της ίδιας ομάδας αντιδρούν με παρόμοιο τρόπο.