Jak psát elektronové konfigurace krok za krokem

Co zápis znamená

Každá část konfigurace má tři složky. V zápisu 2p⁴ je 2 slupka (hlavní energetická hladina), písmeno p je typ podslupky a horní index 4 je počet elektronů v této podslupce. Horní indexy se vždy sčítají na celkový počet elektronů, který se u neutrálního atomu rovná protonovému číslu.

Existují čtyři typy podslupek, každý s pevnou kapacitou: s pojme 2 elektrony (1 orbital), p 6 (3 orbitaly), d 10 (5 orbitalů) a f 14 (7 orbitalů). Každý orbital pojme nejvýše 2 elektrony.

Výstavbové pořadí

Elektrony zaplňují nejdříve podslupky s nejnižší energií. Jde o výstavbový princip (aufbau), podle německého slova pro „budování“. Pořadí zaplňování je 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p.

Všimni si, že 4s se zaplňuje dříve než 3d a 6s dříve než 4f. Vysvětluje to pravidlo n + l: sečti číslo slupky n a l (0 pro s, 1 pro p, 2 pro d, 3 pro f) a zaplňuj od nejnižšího součtu; při shodě se jako první zaplňuje menší n. Mnozí studenti místo toho kreslí diagonální schéma podslupek a sledují šipky.

Stejné pořadí ukazuje periodická tabulka: napříč periodou procházíš blokem s (skupiny 1–2), blokem d (skupiny 3–12, o slupku níž) a blokem p (skupiny 13–18) a blok f (o dvě slupky níž) zapadá do 6. a 7. periody.

Vzorový příklad: kyslík

Kyslík má protonové číslo 8, takže má 8 elektronů k umístění. Dej 2 do 1s (zbývá 6), pak 2 do 2s (zbývají 4) a posledními 4 zaplň 2p, která by pojala až 6. Výsledek je 1s² 2s² 2p⁴. Kontrola: 2 + 2 + 4 = 8.

Nejvyšší slupka je 2 s 2 + 4 = 6 elektrony, takže kyslík má 6 valenčních elektronů. Uvnitř podslupky 2p říká Hundovo pravidlo, že elektrony nejprve obsazují tři orbitaly p po jednom a teprve potom se spárují, takže atom kyslíku má dva nespárované elektrony.

Vzorový příklad: železo

Železo má protonové číslo 26, takže má 26 elektronů. Zaplňuj ve výstavbovém pořadí: 1s² (umístěny 2), 2s² (4), 2p⁶ (10), 3s² (12), 3p⁶ (18), 4s² (20) a zbývajících 6 jde do 3d. Úplná konfigurace je 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶.

Mnohé učebnice, a také tento web, uvádějí podslupky místo toho podle čísla slupky: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s². Obojí popisuje tentýž atom. Když železo tvoří ionty, odevzdává nejdříve elektrony 4s, takže Fe²⁺ je [Ar] 3d⁶ a Fe³⁺ je [Ar] 3d⁵.

Zkrácený zápis pomocí vzácného plynu

Zapisovat každou podslupku je u těžkých atomů zdlouhavé, a proto chemici nahrazují vnitřní elektrony značkou předchozího vzácného plynu v hranatých závorkách. [He] zastupuje 1s², [Ne] 1s² 2s² 2p⁶ a [Ar] 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. Těžší jádra jsou [Kr] (36 elektronů), [Xe] (54) a [Rn] (86).

Při použití napiš předchozí vzácný plyn v závorkách a připiš jen elektrony, které po něm následují. Kyslík se změní na [He] 2s² 2p⁴, sodík na [Ne] 3s¹ a železo na [Ar] 3d⁶ 4s².

Výjimky: chrom a měď

Několik prvků se výstavbovým pořadím přesně neřídí. U chromu (24 elektronů) se předpokládá [Ar] 3d⁴ 4s², ale skutečná konfigurace je [Ar] 3d⁵ 4s¹. U mědi (29 elektronů) se předpokládá [Ar] 3d⁹ 4s², ale ve skutečnosti je [Ar] 3d¹⁰ 4s¹.

V obou případech se jeden elektron 4s přesune do 3d. Podslupky 4s a 3d mají velmi blízkou energii a napůl zaplněná (d⁵) nebo zcela zaplněná (d¹⁰) podslupka d je zvlášť stabilní. Některé těžší prvky se chovají stejně: molybden je [Kr] 4d⁵ 5s¹, stříbro [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ a zlato [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹. Asi 20 prvků v blocích d a f má nepravidelné konfigurace, takže u těžších prvků vyhledej spolehlivou tabulku.