Kalkulator konfiguracji elektronowej

Wyniki

Jak korzystać z kalkulatora konfiguracji elektronowej

1. 1. Wybierz pierwiastek. Wpisz symbol (Fe), nazwę (żelazo) lub liczbę atomową (26). Wielkość liter nie ma znaczenia.
2. 2. Dodaj ładunek dla jonu. Zapisz go po symbolu, na przykład Fe3+, Cl- lub O2-, albo użyj osobnego pola na ładunek.
3. 3. Odczytaj konfiguracje. Pełna i skrócona forma są pokazane z prawdziwymi indeksami górnymi, wraz z liczbą elektronów, niesparowanymi elektronami, magnetyzmem i powłoką zewnętrzną. Zaznacz opcje, aby zapisać podpowłoki w kolejności zapełniania albo pokazać tylko zewnętrzną część diagramu.
4. 4. Odczytaj diagram orbitalny. Każde pole to jeden orbital, strzałki oznaczają elektrony, a zapełnianie odbywa się według reguły Hunda. Atomy z niesparowanymi elektronami są paramagnetyczne, a te bez nich – diamagnetyczne.

Reguły zapełniania

Trzy zasady opisują, jak elektrony obsadzają orbitale. Zasada Aufbau mówi, że elektrony zajmują najniższą dostępną podpowłokę energetyczną. Zakaz Pauliego mówi, że orbital mieści co najwyżej dwa elektrony o przeciwnych spinach. Reguła Hunda mówi, że elektrony zajmują orbitale danej podpowłoki pojedynczo, o równoległych spinach, zanim którykolwiek orbital dostanie drugi elektron.

Reguła Madelunga podaje zwykłą kolejność: podpowłoki zapełniają się w porządku rosnącej sumy n + l, a przy tej samej sumie – w porządku rosnącego n. Daje to znany poniżej ciąg. Podpowłoka mieści 2 (s), 6 (p), 10 (d) lub 14 (f) elektronów.

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

s 2, p 6, d 10, f 14

Przykład krok po kroku: żelazo i jego jony

Żelazo ma 26 elektronów. Zapełnianie w kolejności daje 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶, a zapis według powłok to 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s². Zastąpienie rdzenia argonu 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ symbolem [Ar] daje postać z gazem szlachetnym [Ar] 3d⁶ 4s². W podpowłoce 3d pięć orbitali zajmuje po jednym elektronie, a szósty zostaje sparowany z jednym z nich, zostają więc 4 niesparowane elektrony, dlatego żelazo jest paramagnetyczne. Jego powłoka zewnętrzna to n = 4, z 2 elektronami.

Kationy tracą elektrony najpierw z najbardziej zewnętrznej powłoki, więc Fe²⁺ to [Ar] 3d⁶, a Fe³⁺ to [Ar] 3d⁵, czyli połowicznie zapełniona podpowłoka d z 5 niesparowanymi elektronami. Jest to odwrotność kolejności zapełniania, w której 4s zapełnia się przed 3d, ponieważ gdy obecne są elektrony 3d, poziom 4s leży wyżej.

Wyjątki od kolejności zapełniania

Dla tych dwudziestu pierwiastków zmierzony stan podstawowy różni się od tego, co przewiduje reguła Madelunga. Kalkulator bierze każdą konfigurację obojętnego atomu z tabeli stanów podstawowych NIST, więc są one poprawne; tabela podaje przewidywanie obok wyniku pomiaru.

W chromie i miedzi poziomy 3d i 4s są tak blisko siebie, że wygrywa w pełni lub połowicznie zapełniona podpowłoka 3d. Pallad nie ma w ogóle elektronu 5s. Przypadki lantanowców i aktynowców wynikają z tego, że 4f i 5d (lub 5f i 6d) mają prawie równą energię. Żadnej z tych zasad nie da się przewidzieć wyłącznie z układu orbitali, dlatego dane pochodzą z pomiaru.

Najczęstsze pytania

Jak zapisać konfigurację elektronową pierwiastka?

Znajdź liczbę elektronów (liczbę atomową dla obojętnego atomu) i zapełniaj podpowłoki w kolejności 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d i tak dalej, aż do pojemności każdej podpowłoki. Na przykład siarka, mająca 16 elektronów, to 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. Zanim polegasz na tym schemacie dla metali przejściowych, sprawdź tabelę wyjątków.

Czym jest skrócony zapis konfiguracji elektronowej z użyciem gazu szlachetnego?

Zastępuje on elektrony wewnętrzne symbolem poprzedzającego gazu szlachetnego w nawiasie kwadratowym. Siarka staje się [Ne] 3s² 3p⁴, a żelazo [Ar] 3d⁶ 4s². Część w nawiasie musi być pełną konfiguracją gazu szlachetnego, więc kalkulator wybiera największą, która pasuje.

Dlaczego metale przejściowe tracą najpierw elektrony 4s, a dopiero potem 3d?

Gdy podpowłoka 3d ma już elektrony, leży niżej energetycznie niż 4s, więc elektrony 4s są najbardziej zewnętrzne i najłatwiej je usunąć. Dlatego Fe²⁺ to [Ar] 3d⁶, a nie [Ar] 3d⁴ 4s².

Dlaczego chrom i miedź są wyjątkami?

Ich podpowłoki 3d i 4s są tak blisko siebie energetycznie, że połowicznie zapełniona (Cr, 3d⁵ 4s¹) lub całkowicie zapełniona (Cu, 3d¹⁰ 4s¹) podpowłoka d jest nieco trwalsza od przewidywanego układu. Ten sam efekt tłumaczy wyjątki w szeregach 4d, 5d, lantanowców i aktynowców.

Czym jest reguła Hunda?

Elektrony zapełniają orbitale danej podpowłoki pojedynczo, o równoległych spinach, zanim którykolwiek orbital zostanie obsadzony podwójnie. Dlatego trzy elektrony 2p azotu zajmują trzy różne orbitale, dając 3 niesparowane elektrony, a na diagramie orbitalnym pojedyncze strzałki pojawiają się przed parami.

Jak niesparowane elektrony wiążą się z magnetyzmem?

Atom lub jon z co najmniej jednym niesparowanym elektronem jest paramagnetyczny, czyli przyciągany do pola magnetycznego. Taki, w którym wszystkie elektrony są sparowane, jest diamagnetyczny i słabo odpychany. Fe³⁺, z 5 niesparowanymi elektronami, jest silnie paramagnetyczny; Zn²⁺, [Ar] 3d¹⁰, jest diamagnetyczny.

Jaka jest konfiguracja elektronowa anionu?

Dodaj dodatkowe elektrony do następnej podpowłoki w kolejności zapełniania. Chlorek, Cl⁻, ma 18 elektronów, 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, tak jak argon, więc zapisuje się go jako [Ar]. Tlenek, O²⁻, to [Ne].