Hur man skriver elektronkonfigurationer, steg för steg

Vad skrivsättet betyder

Varje del av en konfiguration består av tre bitar. I 2p⁴ är 2 skalet (huvudenerginivån), bokstaven p är typen av delskal och den upphöjda siffran 4 är antalet elektroner i det delskalet. De upphöjda siffrorna summerar alltid till det totala antalet elektroner, som för en neutral atom är lika med atomnumret.

Det finns fyra typer av delskal, vart och ett med en fast kapacitet: s rymmer 2 elektroner (1 orbital), p rymmer 6 (3 orbitaler), d rymmer 10 (5 orbitaler) och f rymmer 14 (7 orbitaler). Varje orbital rymmer högst 2 elektroner.

Uppbyggnadsordningen

Elektronerna fyller först de delskal som har lägst energi. Det är uppbyggnadsprincipen, på tyska aufbau-principen efter ordet för ”uppbyggnad”. Fyllnadsordningen är 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p.

Lägg märke till att 4s fylls före 3d, och 6s fylls före 4f. Regeln n + l förklarar detta: addera skalnumret n till l (0 för s, 1 för p, 2 för d, 3 för f) och fyll från den lägsta summan och uppåt; vid lika summa fylls det mindre n först. Många elever ritar i stället ett diagonalschema över delskalen och följer pilarna.

Periodiska systemet visar samma ordning: längs en period passerar du s-blocket (grupp 1–2), d-blocket (grupp 3–12, ett skal lägre) och p-blocket (grupp 13–18), med f-blocket (två skal lägre) som ryms i period 6 och 7.

Räkneexempel: syre

Syre har atomnummer 8, så det har 8 elektroner att placera. Lägg 2 i 1s (6 kvar), sedan 2 i 2s (4 kvar), och slutligen de sista 4 i 2p, som kan rymma upp till 6. Resultatet är 1s² 2s² 2p⁴. Kontroll: 2 + 2 + 4 = 8.

Det högsta skalet är 2, med 2 + 4 = 6 elektroner, så syre har 6 valenselektroner. Inuti 2p-delskalet säger Hunds regel att elektronerna upptar de tre p-orbitalerna en och en innan de bildar par, så en syreatom har två oparade elektroner.

Räkneexempel: järn

Järn har atomnummer 26, så det har 26 elektroner. Fyll i uppbyggnadsordningen: 1s² (2 placerade), 2s² (4), 2p⁶ (10), 3s² (12), 3p⁶ (18), 4s² (20), och de återstående 6 går till 3d. Den fullständiga konfigurationen är 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶.

Många läroböcker, och den här webbplatsen, anger i stället delskalen i ordning efter skalnummer: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s². Båda beskriver samma atom. När järn bildar joner avger det först sina 4s-elektroner, så Fe²⁺ är [Ar] 3d⁶ och Fe³⁺ är [Ar] 3d⁵.

Förkortning med ädelgas

Att skriva ut varje delskal blir långt för tunga atomer, så kemister ersätter de inre elektronerna med symbolen för den föregående ädelgasen inom hakparentes. [He] står för 1s², [Ne] för 1s² 2s² 2p⁶ och [Ar] för 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. De tyngre kärnorna är [Kr] (36 elektroner), [Xe] (54) och [Rn] (86).

För att använda den skriver du den föregående ädelgasen inom hakparentes och lägger bara till de elektroner som kommer efter den. Syre blir [He] 2s² 2p⁴, natrium blir [Ne] 3s¹ och järn blir [Ar] 3d⁶ 4s².

Undantag: krom och koppar

Några grundämnen följer inte uppbyggnadsordningen exakt. Krom (24 elektroner) förväntas vara [Ar] 3d⁴ 4s², men dess verkliga konfiguration är [Ar] 3d⁵ 4s¹. Koppar (29 elektroner) förväntas vara [Ar] 3d⁹ 4s², men är i själva verket [Ar] 3d¹⁰ 4s¹.

I båda fallen flyttas en 4s-elektron till 3d. Delskalen 4s och 3d ligger mycket nära varandra i energi, och ett halvfyllt (d⁵) eller helt fyllt (d¹⁰) d-delskal är särskilt stabilt. Vissa tyngre grundämnen beter sig på samma sätt: molybden är [Kr] 4d⁵ 5s¹, silver är [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ och guld är [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹. Omkring 20 grundämnen i d- och f-blocken har oregelbundna konfigurationer, så kontrollera en tillförlitlig tabell för tyngre grundämnen.