محاسبهگر پیکربندی الکترونی | تمام عناصر ۱-۱۱۸
محاسبهگر رایگان پیکربندی الکترونی برای تمام عناصر. به سرعت نمادگذاری گاز نجیب و کامل، نمودارهای مداری و پیکربندیهای دقیق برای اعداد اتمی ۱-۱۱۸ را دریافت کنید.
محاسبهگر پیکربندی الکترونی
نتایج
پیکربندی الکترونی
1s¹
نمودار پر شدن اوربیتال
مستندات
ماشینحساب پیکربندی الکترونی چیست؟
ماشینحساب پیکربندی الکترونی مشخص میکند الکترونهای یک اتم چگونه میان اوربیتالهای آن آرایش یافتهاند. اوربیتال ناحیهای پیرامون هسته است که احتمال یافتن الکترون در آن وجود دارد. یک عدد اتمی از ۱ تا ۱۱۸ وارد کنید و یک شیوهٔ نمادگذاری را انتخاب کنید. ماشینحساب پیکربندی الکترونی را بهصورت نمادگذاری کامل یا نمادگذاری گاز نجیب (کوتاهشده)، همراه با نام عنصر، نماد آن و نموداری از نحوهٔ پر شدن اوربیتالها، نمایش میدهد.
پیکربندی الکترونی چیست؟
پیکربندی الکترونی کدی کوتاه است که نشان میدهد در هر زیرلایهٔ یک اتم چند الکترون قرار دارد. این پیکربندی بهصورت مجموعهای از برچسبهایی مانند ۱s، ۲s و ۲p نوشته میشود که پس از هرکدام عددی کوچک و بالانویس میآید. برچسب، تراز انرژی و شکل زیرلایه را مشخص میکند. عدد بالانویس تعداد الکترونهای آن را نشان میدهد. برای نمونه، پیکربندی کربن ۱s² ۲s² ۲p² است؛ یعنی دو الکترون در زیرلایهٔ ۱s، دو الکترون در ۲s و دو الکترون در ۲p وجود دارد.
سه قاعده نحوهٔ پر شدن این زیرلایهها را تعیین میکنند:
- اصل آفباو: الکترونها ابتدا زیرلایههای دارای کمترین انرژی را پر میکنند و سپس به زیرلایههای پرانرژیتر میروند.
- اصل طرد پائولی: هر اوربیتال حداکثر دو الکترون دارد و اسپین این دو الکترون باید در جهتهای مخالف باشد.
- قاعدهٔ هوند: هنگامی که چند اوربیتال در یک زیرلایه انرژی برابر دارند، مانند سه اوربیتال p، الکترونها ابتدا هر اوربیتال را بهصورت تکتک پر میکنند و پیش از قرار گرفتن الکترون دوم در هر اوربیتال، همهٔ آنها یک الکترون خواهند داشت.
ترتیب پر شدن زیرلایهها، از کمترین تا بیشترین انرژی، چنین است:
11s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
2توجه کنید که ۴s پیش از ۳d پر میشود، هرچند «۳» از «۴» کوچکتر است. این بخش یکی از دشوارترین قسمتهای این الگوست؛ به همین دلیل، ترتیب بالا، نه شمارههای خام پوستهها، توالی را تعیین میکند.
فرمول پیکربندی الکترونی: چگونه آن را محاسبه کنیم
برای ساختن پیکربندی بهصورت دستی، ترتیب پر شدن بالا را دنبال کنید و الکترونها را در هر زیرلایه قرار دهید تا تمام شوند. هر نوع زیرلایه حداکثر تعداد ثابتی الکترون را در خود جای میدهد:
| نوع زیرلایه | حداکثر تعداد الکترون |
|---|---|
| s | ۲ |
| p | ۶ |
| d | ۱۰ |
| f | ۱۴ |
مراحل:
- عدد اتمی عنصر را پیدا کنید. این عدد در یک اتم خنثی برابر با تعداد الکترونهاست.
- ترتیب پر شدن (۱s، ۲s، ۲p، ۳s، ...) را دنبال کنید و هر زیرلایه را پیش از رفتن به زیرلایهٔ بعدی تا ظرفیت بیشینهٔ آن پر کنید.
- هنگامی که همهٔ الکترونها قرار گرفتند، متوقف شوید. آخرین زیرلایه ممکن است فقط تا حدی پر شده باشد.
مثال حلشده: سدیم (Na، عدد اتمی ۱۱)
سدیم ۱۱ الکترون دارد. پر کردن بهترتیب چنین است: ۱s دارای ۲ الکترون است، ۲s دارای ۲، ۲p دارای ۶ (مجموع جاری: ۱۰) است و برای ۱ الکترون باقیمانده، ۳s پر میشود.
نمادگذاری کامل: ۱s² ۲s² ۲p⁶ ۳s¹
نمادگذاری گاز نجیب
نمادگذاری گاز نجیب با جایگزین کردن پوستههای درونیِ کاملشده با نماد نزدیکترین گاز نجیب سبکتر درون کروشه، پیکربندی را کوتاه میکند. شش گاز نجیب مورد استفاده بهعنوان نقاط مرجع عبارتاند از هلیم (۲)، نئون (۱۰)، آرگون (۱۸)، کریپتون (۳۶)، زنون (۵۴) و رادون (۸۶).
ده الکترون نخست سدیم، یعنی ۱s² ۲s² ۲p⁶، دقیقاً با پیکربندی کامل نئون یکساناند. بنابراین میتوان سدیم را چنین نوشت:
[Ne] ۳s¹
این نمادگذاری کوتاهشده برای اتمهای بزرگتر رایج است؛ زیرا نمادگذاری کامل آنها ممکن است به دوازده یا تعداد بیشتری عبارت برسد.
مثالهای حلشدهٔ بیشتر
| عنصر | عدد اتمی | نمادگذاری کامل | نمادگذاری گاز نجیب |
|---|---|---|---|
| هیدروژن | ۱ | ۱s¹ | ۱s¹ |
| کربن | ۶ | ۱s² ۲s² ۲p² | [He] ۲s² ۲p² |
| اکسیژن | ۸ | ۱s² ۲s² ۲p⁴ | [He] ۲s² ۲p⁴ |
| سدیم | ۱۱ | ۱s² ۲s² ۲p⁶ ۳s¹ | [Ne] ۳s¹ |
| آهن | ۲۶ | ۱s² ۲s² ۲p⁶ ۳s² ۳p⁶ ۴s² ۳d⁶ | [Ar] ۴s² ۳d⁶ |
استثناهای اصل آفباو
تعداد اندکی از عناصر دقیقاً از ترتیب پر شدن پیروی نمیکنند. زیرلایهای که دقیقاً نیمهپر یا کاملاً پر باشد، اندکی پایدارتر از آرایشی است که اصل آفباو پیشبینی میکند. در بیشتر موارد، یک الکترون از زیرلایهٔ s بیرونی خارج میشود و به زیرلایهٔ d پایینتر از آن میرود. در چند عنصر، مانند لانتان و اکتینیم، یک الکترون به زیرلایهٔ d میرود، نه اینکه پر کردن زیرلایهٔ f آغاز شود.
| عنصر | پیشبینیشده بر اساس اصل آفباو | پیکربندی واقعی |
|---|---|---|
| کروم (Cr، ۲۴) | [Ar] ۴s² ۳d⁴ | [Ar] ۴s¹ ۳d⁵ |
| مس (Cu، ۲۹) | [Ar] ۴s² ۳d⁹ | [Ar] ۴s¹ ۳d¹⁰ |
| نقره (Ag، ۴۷) | [Kr] ۵s² ۴d⁹ | [Kr] ۵s¹ ۴d¹⁰ |
| پالادیم (Pd، ۴۶) | [Kr] ۵s² ۴d⁸ | [Kr] ۴d¹⁰ |
| طلا (Au، ۷۹) | [Xe] ۶s² ۴f¹⁴ ۵d⁹ | [Xe] ۶s¹ ۴f¹⁴ ۵d¹⁰ |
ماشینحساب پیکربندی حالت پایهٔ اندازهگیریشدهٔ ۲۰ عنصر از این عناصر را ذخیره میکند و بهجای پیشبینی اصل آفباو از آن استفاده میکند. این عناصر عبارتاند از کروم (۲۴)، مس (۲۹)، نیوبیوم (۴۱)، مولیبدن (۴۲)، روتنیم (۴۴)، رودیم (۴۵)، پالادیم (۴۶)، نقره (۴۷)، لانتان (۵۷)، سریم (۵۸)، گادولینیم (۶۴)، پلاتین (۷۸)، طلا (۷۹)، اکتینیم (۸۹)، توریم (۹۰)، پروتاکتینیم (۹۱)، اورانیوم (۹۲)، نپتونیم (۹۳)، کوریوم (۹۶) و لارنسیم (۱۰۳). همهٔ عناصر دیگر از ۱ تا ۱۱۸ از ترتیب سادهٔ پر شدن پیروی میکنند.
چگونه از ماشینحساب پیکربندی الکترونی استفاده کنیم
- یک عدد اتمی بین ۱ و ۱۱۸ وارد کنید.
- نمادگذاری گاز نجیب یا نمادگذاری کامل را انتخاب کنید.
- نام عنصر، نماد، پیکربندی الکترونی و نمودار پر شدن اوربیتال را بخوانید.
- نتیجه را با دکمهٔ کپی کپی کنید.
چرا پیکربندی الکترونی اهمیت دارد
پیکربندی الکترونی یک اتم، بهویژه آرایش بیرونیترین الکترونهای آن (الکترونهای ظرفیت)، تا حد زیادی تعیین میکند که چگونه با اتمهای دیگر پیوند برقرار کند. عناصر یک ستون از جدول تناوبی پیکربندی ظرفیت مشابهی دارند و به همین دلیل از نظر شیمیایی رفتار مشابهی نشان میدهند. شیمیدانان از پیکربندی الکترونی برای پیشبینی حالتهای اکسایش، انواع پیوند و واکنشپذیری استفاده میکنند. فیزیکدانان از آن برای توضیح طیفهای اتمی، یعنی رنگهای خاص نوری که یک عنصر جذب یا گسیل میکند، بهره میگیرند. پیکربندی الکترونی همچنین مبنای نمادگذاری عددهای کوانتومی است؛ در این نمادگذاری، چهار عدد (n، l، mₗ، mₛ) بهترتیب تراز انرژی، شکل زیرلایه، جهتگیری اوربیتال و اسپین الکترون را توصیف میکنند.
پرسشهای متداول
پیکربندی الکترونی چیست؟ پیکربندی الکترونی آرایش الکترونها میان زیرلایههای یک اتم است که بهصورت دنبالهای مانند ۱s² ۲s² ۲p⁶ نوشته میشود. این پیکربندی از اصل آفباو، اصل طرد پائولی و قاعدهٔ هوند پیروی میکند.
چگونه پیکربندی الکترونی را مینویسید؟ هر زیرلایهٔ اشغالشده را بهترتیب پر شدن فهرست کنید و با عددی بالانویس، تعداد الکترونهای آن را نشان دهید. کربن (عدد اتمی ۶) بهصورت ۱s² ۲s² ۲p² نوشته میشود.
نمادگذاری گاز نجیب چیست؟ این نمادگذاری، الکترونهایی را که با یک پیکربندی کامل گاز نجیب مطابقت دارند، با نماد آن گاز درون کروشه جایگزین میکند و سپس الکترونهای باقیمانده را میآورد. سدیم بهصورت [Ne] ۳s¹ نوشته میشود، نه ۱s² ۲s² ۲p⁶ ۳s¹.
چرا کروم و مس الگوی معمول پر شدن را نقض میکنند؟ زیرلایهٔ d نیمهپر یا کاملاً پر، از پیکربندی پیشبینیشده بر اساس ترتیب آفباو پایدارتر است؛ بنابراین یک الکترون ۴s به زیرلایهٔ ۳d منتقل میشود. پیکربندی کروم در نهایت [Ar] ۴s¹ ۳d⁵ و پیکربندی مس [Ar] ۴s¹ ۳d¹⁰ است. پالادیم یک گام فراتر میرود و زیرلایهٔ ۵s خود را کاملاً خالی میکند و به [Kr] ۴d¹⁰ میرسد.
یک زیرلایه چند الکترون را میتواند در خود جای دهد؟ زیرلایهٔ s حداکثر ۲، زیرلایهٔ p حداکثر ۶، زیرلایهٔ d حداکثر ۱۰ و زیرلایهٔ f حداکثر ۱۴ الکترون را در خود جای میدهند.
الکترونهای ظرفیت چه ارتباطی با جدول تناوبی دارند؟ الکترونهای ظرفیت، الکترونهای موجود در بیرونیترین پوسته هستند. در عناصر گروه اصلی، تعداد الکترونهای ظرفیت معمولاً با شمارهٔ گروه عنصر یکسان است؛ به همین دلیل عناصر یک گروه به شیوههای مشابه واکنش میدهند.