Jak zapisywać konfiguracje elektronowe krok po kroku

Co oznacza ten zapis

Każda część konfiguracji składa się z trzech elementów. W 2p⁴ liczba 2 to powłoka (główny poziom energetyczny), litera p to rodzaj podpowłoki, a indeks górny 4 to liczba elektronów w tej podpowłoce. Indeksy górne zawsze sumują się do całkowitej liczby elektronów, która dla atomu obojętnego jest równa liczbie atomowej.

Są cztery rodzaje podpowłok, każda o stałej pojemności: s mieści 2 elektrony (1 orbital), p mieści 6 (3 orbitale), d mieści 10 (5 orbitali), a f mieści 14 (7 orbitali). Każdy orbital mieści co najwyżej 2 elektrony.

Kolejność zapełniania (aufbau)

Elektrony zapełniają najpierw podpowłoki o najniższej energii. To zasada rozbudowy (aufbau), od niemieckiego słowa oznaczającego „budowanie”. Kolejność zapełniania to 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p.

Zauważ, że 4s zapełnia się przed 3d, a 6s przed 4f. Wyjaśnia to reguła n + l: dodaj numer powłoki n do l (0 dla s, 1 dla p, 2 dla d, 3 dla f) i zapełniaj od najmniejszej sumy; przy remisie pierwsza zapełnia się podpowłoka o mniejszym n. Wielu uczniów zamiast tego rysuje ukośną tabelkę podpowłok i podąża za strzałkami.

Układ okresowy pokazuje tę samą kolejność: wzdłuż okresu przechodzisz przez blok s (grupy 1–2), blok d (grupy 3–12, o jedną powłokę niżej) i blok p (grupy 13–18), a blok f (o dwie powłoki niżej) mieści się w okresach 6 i 7.

Przykład: tlen

Tlen ma liczbę atomową 8, więc ma 8 elektronów do rozmieszczenia. Umieść 2 na 1s (zostaje 6), potem 2 na 2s (zostają 4), a ostatnie 4 na 2p, która mogłaby pomieścić do 6. Wynik to 1s² 2s² 2p⁴. Sprawdzenie: 2 + 2 + 4 = 8.

Najwyższa powłoka to 2, z 2 + 4 = 6 elektronami, więc tlen ma 6 elektronów walencyjnych. Wewnątrz podpowłoki 2p reguła Hunda mówi, że elektrony zajmują trzy orbitale p pojedynczo, zanim zaczną się łączyć w pary, więc atom tlenu ma dwa niesparowane elektrony.

Przykład: żelazo

Żelazo ma liczbę atomową 26, więc ma 26 elektronów. Zapełniaj w kolejności aufbau: 1s² (rozmieszczono 2), 2s² (4), 2p⁶ (10), 3s² (12), 3p⁶ (18), 4s² (20), a pozostałe 6 trafia na 3d. Pełna konfiguracja to 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶.

Wiele podręczników, a także ta strona, wymienia podpowłoki zamiast tego według numeru powłoki: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s². Oba zapisy opisują ten sam atom. Gdy żelazo tworzy jony, najpierw oddaje elektrony 4s, więc Fe²⁺ to [Ar] 3d⁶, a Fe³⁺ to [Ar] 3d⁵.

Skrócony zapis z gazem szlachetnym

Zapisywanie każdej podpowłoki jest długie dla ciężkich atomów, więc chemicy zastępują elektrony wewnętrzne symbolem poprzedniego gazu szlachetnego w nawiasie kwadratowym. [He] oznacza 1s², [Ne] oznacza 1s² 2s² 2p⁶, a [Ar] oznacza 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. Cięższe rdzenie to [Kr] (36 elektronów), [Xe] (54) i [Rn] (86).

Aby go użyć, zapisz w nawiasie poprzedni gaz szlachetny i dodaj tylko elektrony, które występują po nim. Tlen staje się [He] 2s² 2p⁴, sód staje się [Ne] 3s¹, a żelazo staje się [Ar] 3d⁶ 4s².

Wyjątki: chrom i miedź

Kilka pierwiastków nie podąża dokładnie za kolejnością aufbau. Dla chromu (24 elektrony) przewiduje się [Ar] 3d⁴ 4s², ale jego rzeczywista konfiguracja to [Ar] 3d⁵ 4s¹. Dla miedzi (29 elektronów) przewiduje się [Ar] 3d⁹ 4s², ale w rzeczywistości jest to [Ar] 3d¹⁰ 4s¹.

W obu przypadkach jeden elektron 4s przechodzi na 3d. Podpowłoki 4s i 3d mają bardzo zbliżone energie, a podpowłoka d zapełniona w połowie (d⁵) lub całkowicie (d¹⁰) jest szczególnie trwała. Niektóre cięższe pierwiastki zachowują się tak samo: molibden to [Kr] 4d⁵ 5s¹, srebro to [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, a złoto to [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹. Około 20 pierwiastków w blokach d i f ma nieregularne konfiguracje, więc dla cięższych pierwiastków sprawdzaj wiarygodną tablicę.