Калькулятор электронной конфигурации | Все элементы 1-118

Что такое калькулятор электронной конфигурации?

Калькулятор электронной конфигурации определяет, как электроны в атоме распределены по его орбиталям. Орбиталь — это область вокруг ядра, в которой, вероятнее всего, находится электрон. Введите атомный номер от 1 до 118 и выберите обозначение. Калькулятор выдаёт электронную конфигурацию в полной или сокращённой записи с использованием символа благородного газа, а также название элемента, его символ и схему заполнения орбиталей.

Что такое электронная конфигурация?

Электронная конфигурация — это краткая запись, показывающая, сколько электронов находится на каждой подоболочке атома. Она записывается в виде последовательности обозначений, например 1s, 2s и 2p, после каждого из которых указывается небольшое число в верхнем индексе. Обозначение содержит информацию об энергетическом уровне и форме подоболочки. Верхний индекс показывает число электронов на ней. Например, конфигурация углерода — 1s² 2s² 2p², то есть по два электрона на подоболочках 1s, 2s и 2p.

Заполнение этих подоболочек определяется тремя правилами:

• Принцип Ауфбау: электроны сначала заполняют подоболочки с наименьшей энергией, а затем переходят к подоболочкам с большей энергией.
• Принцип запрета Паули: на каждой орбитали может находиться не более двух электронов, причём их спины должны быть противоположно направлены.
• Правило Хунда: если несколько орбиталей подоболочки имеют одинаковую энергию, как, например, три p-орбитали, электроны сначала занимают их по одному, и только затем на какой-либо орбитали появляется второй электрон.

Порядок заполнения подоболочек от наименьшей энергии к наибольшей таков:

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

Обратите внимание: 4s заполняется раньше 3d, хотя «3» меньше «4». Это одна из наиболее сложных особенностей этой последовательности, поэтому порядок выше, а не сами номера оболочек определяет очередность заполнения.

Формула электронной конфигурации: как её рассчитать

Чтобы составить конфигурацию вручную, двигайтесь по указанному выше порядку заполнения и помещайте электроны на каждую подоболочку, пока они не закончатся. Каждый тип подоболочки вмещает фиксированное максимальное число электронов:

Порядок действий:

1. Определите атомный номер элемента. Он равен числу электронов в нейтральном атоме.
2. Следуйте порядку заполнения (1s, 2s, 2p, 3s, ...) и полностью заполняйте каждую подоболочку, прежде чем переходить к следующей.
3. Остановитесь, когда все электроны будут распределены. Последняя подоболочка может быть заполнена не полностью.

натрий (Na, атомный номер 11)

У натрия 11 электронов. При заполнении по порядку: 1s вмещает 2, 2s вмещает 2, 2p вмещает 6 (всего: 10), поэтому для 3s остаётся 1 электрон.

Полная запись: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Запись с использованием благородного газа

В сокращённой записи электронной конфигурации завершённые внутренние оболочки заменяются символом ближайшего более лёгкого благородного газа в квадратных скобках. В качестве опорных используются шесть благородных газов: гелий (2), неон (10), аргон (18), криптон (36), ксенон (54) и радон (86).

Первые десять электронов натрия, 1s² 2s² 2p⁶, в точности соответствуют полной конфигурации неона. Поэтому натрий можно записать так:

[Ne] 3s¹

Такая сокращённая запись часто используется для более тяжёлых атомов, полная конфигурация которых содержала бы дюжину и более членов.

Дополнительные разобранные примеры

Исключения из принципа Ауфбау

Несколько элементов не в точности следуют порядку заполнения. Подоболочка, заполненная ровно наполовину или полностью, немного стабильнее, чем конфигурация, предсказанная принципом Ауфбау. В большинстве случаев один электрон переходит с внешней s-подоболочки на расположенную ниже d-подоболочку. У некоторых элементов, например лантана и актиния, электрон попадает на d-подоболочку вместо начала заполнения f-подоболочки.

Калькулятор хранит измеренную конфигурацию основного состояния для 20 таких элементов и использует её вместо предсказания по принципу Ауфбау. К ним относятся хром (24), медь (29), ниобий (41), молибден (42), рутений (44), родий (45), палладий (46), серебро (47), лантан (57), церий (58), гадолиний (64), платина (78), золото (79), актиний (89), торий (90), протактиний (91), уран (92), нептуний (93), кюрий (96) и лоуренсий (103). Все остальные элементы от 1 до 118 следуют обычному порядку заполнения.

Как пользоваться калькулятором электронной конфигурации

1. Введите атомный номер от 1 до 118.
2. Выберите сокращённую запись с использованием благородного газа или полную запись.
3. Ознакомьтесь с названием элемента, его символом, электронной конфигурацией и схемой заполнения орбиталей.
4. Скопируйте результат с помощью кнопки копирования.

Почему важна электронная конфигурация

Электронная конфигурация атома, особенно распределение его внешних (валентных) электронов, в значительной степени определяет, как он связывается с другими атомами. Элементы одного столбца периодической таблицы имеют сходную валентную конфигурацию, поэтому их химические свойства похожи. Химики используют электронную конфигурацию для предсказания степеней окисления, типов связей и реакционной способности. Физики применяют её для объяснения атомных спектров — определённых цветов света, которые элемент поглощает или испускает. Электронная конфигурация также лежит в основе записи квантовых чисел, где четыре числа (n, l, mₗ, mₛ) описывают энергетический уровень электрона, форму подоболочки, ориентацию орбитали и спин.

Часто задаваемые вопросы

Что такое электронная конфигурация? Электронная конфигурация — это распределение электронов по подоболочкам атома, записанное в виде последовательности, например 1s² 2s² 2p⁶. Она подчиняется принципу Ауфбау, принципу запрета Паули и правилу Хунда.

Как записывают электронную конфигурацию? Укажите каждую занятую подоболочку в порядке заполнения, используя верхний индекс для обозначения числа электронов. Углерод (атомный номер 6) записывается как 1s² 2s² 2p².

Что такое запись с использованием благородного газа? Это сокращённая запись, в которой электроны, соответствующие полной конфигурации благородного газа, заменяются символом этого газа в квадратных скобках, после которого указываются оставшиеся электроны. Натрий записывается как [Ne] 3s¹, а не как 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.

Почему хром и медь нарушают обычный порядок заполнения? Заполненная наполовину или полностью d-подоболочка стабильнее конфигурации, предсказываемой порядком Ауфбау, поэтому один электрон с 4s-подоболочки переходит на 3d-подоболочку. Конфигурация хрома принимает вид [Ar] 4s¹ 3d⁵, а меди — [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. Палладий идёт ещё дальше и полностью освобождает свою 5s-подоболочку, поэтому его конфигурация имеет вид [Kr] 4d¹⁰.

Сколько электронов может вместить подоболочка? s-подоболочка вмещает до 2 электронов, p — до 6, d — до 10, а f — до 14.

Как валентные электроны связаны с периодической таблицей? Валентные электроны находятся на внешней оболочке. У элементов главных подгрупп число валентных электронов обычно соответствует номеру группы элемента, поэтому элементы одной группы реагируют сходным образом.