Калькулятор електронної конфігурації | Всі елементи 1-118

Що таке калькулятор електронної конфігурації?

Калькулятор електронної конфігурації визначає, як електрони в атомі розподілені між його орбіталями. Орбіталь — це область навколо ядра, де, ймовірно, можна знайти електрон. Введіть атомний номер від 1 до 118 і виберіть спосіб запису. Калькулятор повертає електронну конфігурацію в повному записі або в записі з використанням благородного газу (скороченому записі), а також назву елемента, його символ і діаграму заповнення орбіталей.

Що таке електронна конфігурація?

Електронна конфігурація — це короткий код, який показує, скільки електронів міститься на кожному підрівні атома. Її записують як послідовність позначень на кшталт 1s, 2s і 2p, після кожного з яких ставлять маленьке число у верхньому індексі. Позначення вказує енергетичний рівень і форму підрівня. Верхній індекс показує кількість електронів на ньому. Наприклад, конфігурація Карбону — 1s² 2s² 2p², тобто два електрони на підрівні 1s, два на 2s і два на 2p.

Заповнення цих підрівнів визначають три правила:

• Принцип Ауфбау: електрони спочатку заповнюють підрівні з найнижчою енергією, а потім переходять до підрівнів із вищою енергією.
• Принцип заборони Паулі: кожна орбіталь містить не більш як два електрони, причому їхні спіни мають бути протилежно спрямовані.
• Правило Гунда: коли кілька орбіталей на підрівні мають однакову енергію, як-от три p-орбіталі, електрони спочатку займають їх по одному, і лише потім на будь-якій орбіталі з’являється другий електрон.

Порядок заповнення підрівнів від найнижчої до найвищої енергії такий:

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

Зверніть увагу, що 4s заповнюється перед 3d, хоча «3» менше за «4». Це одна з найскладніших частин цієї закономірності, тому послідовність визначає наведений вище порядок, а не самі номери оболонок.

Формула електронної конфігурації: як її обчислити

Щоб побудувати конфігурацію вручну, дотримуйтеся наведеного вище порядку заповнення та розміщуйте електрони на кожному підрівні, доки вони не закінчаться. Кожен тип підрівня вміщує фіксовану максимальну кількість електронів:

Кроки:

1. Знайдіть атомний номер елемента. Він дорівнює кількості електронів у нейтральному атомі.
2. Послідовно пройдіть порядок заповнення (1s, 2s, 2p, 3s, ...) і заповнюйте кожен підрівень до максимальної кількості, перш ніж переходити до наступного.
3. Зупиніться, коли буде розміщено всі електрони. Останній підрівень може бути заповнений лише частково.

Приклад розв’язання: Натрій (Na, атомний номер 11)

Натрій має 11 електронів. Заповнення в установленому порядку: 1s вміщує 2, 2s вміщує 2, 2p вміщує 6 (разом: 10), тому для 3s залишається 1 електрон.

Повний запис: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Запис із використанням благородного газу

У записі з використанням благородного газу завершені внутрішні оболонки замінюють символом найближчого легшого благородного газу в квадратних дужках. Шість благородних газів, які використовують як точки відліку, — гелій (2), неон (10), аргон (18), криптон (36), ксенон (54) і радон (86).

Перші десять електронів Натрію, 1s² 2s² 2p⁶, точно відповідають повній конфігурації неону. Тому Натрій можна записати так:

[Ne] 3s¹

Такий скорочений запис часто використовують для великих атомів, повний запис яких містив би дюжину або більше членів.

Інші приклади розв’язання

Винятки з принципу Ауфбау

Кілька елементів не дотримуються порядку заповнення точно. Підрівень, заповнений рівно наполовину або повністю, трохи стабільніший за конфігурацію, яку передбачає принцип Ауфбау. У більшості випадків один електрон переходить із зовнішнього s-підрівня на розташований нижче d-підрівень. У кількох елементів, таких як лантан і актиній, електрон переходить на d-підрівень замість початку заповнення f-підрівня.

Калькулятор зберігає виміряну конфігурацію основного стану для 20 таких елементів і використовує її замість передбачення за принципом Ауфбау. Це хром (24), Купрум (29), ніобій (41), молібден (42), рутеній (44), родій (45), паладій (46), срібло (47), лантан (57), церій (58), гадоліній (64), платина (78), золото (79), актиній (89), торій (90), протактиній (91), уран (92), нептуній (93), кюрій (96) і лоуренсій (103). Усі інші елементи від 1 до 118 дотримуються звичайного порядку заповнення.

Як користуватися калькулятором електронної конфігурації

1. Введіть атомний номер від 1 до 118.
2. Виберіть запис із використанням благородного газу або повний запис.
3. Перегляньте назву елемента, символ, електронну конфігурацію та діаграму заповнення орбіталей.
4. Скопіюйте результат кнопкою копіювання.

Чому важлива електронна конфігурація

Електронна конфігурація атома, особливо розташування його крайніх (валентних) електронів, значною мірою визначає, як він утворює зв’язки з іншими атомами. Елементи одного стовпця періодичної таблиці мають подібну валентну конфігурацію, тому їхні хімічні властивості схожі. Хіміки використовують електронну конфігурацію для прогнозування ступенів окиснення, типів зв’язків і реакційної здатності. Фізики застосовують її для пояснення атомних спектрів — характерних кольорів світла, які елемент поглинає або випромінює. Електронна конфігурація також лежить в основі запису квантових чисел, де чотири числа (n, l, mₗ, mₛ) описують енергетичний рівень електрона, форму підрівня, орієнтацію орбіталі та спін.

Поширені запитання

Що таке електронна конфігурація? Електронна конфігурація — це розподіл електронів між підрівнями атома, записаний як послідовність на кшталт 1s² 2s² 2p⁶. Вона відповідає принципу Ауфбау, принципу заборони Паулі та правилу Гунда.

Як записати електронну конфігурацію? Запишіть кожен зайнятий підрівень у порядку заповнення, зазначивши у верхньому індексі кількість його електронів. Карбон (атомний номер 6) записують як 1s² 2s² 2p².

Що таке запис із використанням благородного газу? Це скорочений запис, у якому електрони, що відповідають повній конфігурації благородного газу, замінюють символом цього газу в квадратних дужках, після якого записують решту електронів. Натрій записують як [Ne] 3s¹ замість 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.

Чому хром і Купрум порушують звичайний порядок заповнення? Наполовину або повністю заповнений d-підрівень стабільніший за конфігурацію, передбачену порядком Ауфбау, тому один 4s-електрон переходить на 3d-підрівень. У результаті хром має конфігурацію [Ar] 4s¹ 3d⁵, а Купрум — [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. Паладій іде ще далі та повністю звільняє свій 5s-підрівень, утворюючи конфігурацію [Kr] 4d¹⁰.

Скільки електронів може містити підрівень? s-підрівень містить до 2 електронів, p — до 6, d — до 10, а f — до 14.

Як валентні електрони пов’язані з періодичною таблицею? Валентні електрони — це електрони зовнішньої оболонки. Для елементів головних підгруп кількість валентних електронів зазвичай відповідає номеру групи елемента, тому елементи однієї групи реагують подібним чином.