Як написати електронну конфігурацію атома будь-якого елемента

Електронна конфігурація атома - це чисельне представлення його електронних орбіталей. Електронні орбіталі - це області різної форми, розташовані навколо атомного ядра, в яких математично ймовірно знаходження електрона. Електронна конфігурація допомагає швидко і з легкістю сказати читачеві, скільки електронних орбіталей є у атома, а також визначити кількість електронів, що знаходяться на кожній орбіталі. Прочитавши цю статтю, ви освоїте метод складання електронних конфігурацій.

кроки

Метод 1 з 2:

Розподіл електронів за допомогою періодичної системи Д. І. Менделєєва

1. Знайдіть атомний номер вашого атома. Кожен атом має певне число електронів, пов`язаних з ним. Знайдіть символ вашого атома в таблиці Менделєєва. Атомний номер - це ціле позитивне число, що починається від 1 (у водню) і зростаюче на одиницю у кожного наступного атома. Атомний номер - це число протонів в атомі, і, отже, це ще і число електронів атома з нульовим зарядом.

2. Визначте заряд атома. Нейтральні атоми матимуть стільки ж електронів, скільки показано в таблиці Менделєєва. Однак заряджені атоми матимуть більше чи менше число електронів - в залежності від величини їх заряду. Якщо ви працюєте з зарядженим атомом, додавайте або віднімайте електрони в такий спосіб: додавайте один електрон на кожен негативний заряд і віднімайте один на кожну позитивну.

Наприклад, атом натрію з зарядом -1 матиме додатковий електрон в додаток до свого базового атомному числу 11. Інакше кажучи, в сумі у атома буде 12 електронів.

Якщо мова йде про атом натрію з зарядом +1, від базового атомного числа 11 потрібно відняти один електрон. Таким чином, у атома буде 10 електронів.

3. Запам`ятайте базовий список орбіталей. У міру того, як у атома збільшується число електронів, вони заповнюють різні підрівні електронної оболонки атома відповідно до визначеної послідовності. Кожен підрівень електронної оболонки, будучи заповненим, містить парне число електронів. Є такі підрівні:

s-підрівень (Будь-яке число в електронній конфігурації, яке стоїть перед буквою "s") містить єдину орбіталь, і, згідно з принципом Паулі, одна орбіталь може містити максимум 2 електрона, отже, на кожному s-підрівні електронної оболонки може перебувати 2 електрона.

p-підрівень містить 3 орбіталі, і тому може містити максимум 6 електронів.

d-підрівень містить 5 орбіталей, тому в ньому може бути до 10 електронів.

f-підрівень містить 7 орбіталей, тому в ньому може бути до 14 електронів.

g-, h-, i- і k-підрівні є теоретичними. Атоми, що містять електрони в цих орбіталях, невідомі. g-підрівень містить 9 орбіталей, тому теоретично в ньому може бути 18 електронів. В h-підрівні може бути 11 орбіталей і максимум 22 електрона- в i-підрівні -13 орбіталей і максимум 26 електронов- в k-підрівні - 15 орбіталей і максимум 30 електронів.

Запам`ятайте порядок орбіталей за допомогою мнемонічного прийому:
Sober Physicists Don`t Find Giraffes Hiding In Kitchens (тверезі фізики не знаходять жирафів, які переховуються на кухнях).

4. Розберіться в запису електронної конфігурації. Електронні конфігурації записуються для того, щоб чітко відобразити кількість електронів на кожній орбіталі. Орбіталі записуються послідовно, причому кількість атомів в кожній орбіталі записується як верхній індекс праворуч від назви орбіталі. Завершена електронна конфігурація має вид послідовності позначень підрівнів і верхніх індексів.

Ось, наприклад, найпростіша електронна конфігурація: 1s 2s 2p. Ця конфігурація показує, що на підрівні 1s є два електрона, два електрона - на підрівні 2s і шість електронів на підрівні 2p. 2 + 2 + 6 = 10 електронів в сумі. Це електронна конфігурація нейтрального атома неону (атомний номер неону - 10).

5. Запам`ятайте порядок орбіталей. Майте на увазі, що електронні орбіталі нумеруються в порядку зростання номера електронної оболонки, але розташовуються по зростанню енергії. Наприклад, заповнена орбиталь 4s має меншу енергію (або менш рухлива), ніж частково заповнена або заповнена 3d, тому спочатку записується орбиталь 4s. Як тільки ви будете знати порядок орбіталей, ви зможете з легкістю заповнювати їх відповідно до кількості електронів в атомі. Порядок заповнення орбіталей наступний: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

Електронна конфігурація атома, в якому заповнені всі орбіталі, матиме такий вигляд: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d7p

Зверніть увагу, що наведена вище запис, коли заповнені всі орбіталі, є електронною конфігурацією елемента Uuo (унуноктій) 118, атома періодичної системи з найбільшим номером. Тому дана електронна конфігурація містить всі відомі в наш час електронні підрівні нейтрально зарядженого атома.

6. Заповнюйте орбіталі відповідно до кількості електронів в вашому атомі. Наприклад, якщо ми хочемо записати електронну конфігурацію нейтрального атома кальцію, ми повинні почати з пошуку його атомного номера в таблиці Менделєєва. Його атомний номер - 20, тому ми напишемо конфігурацію атома з 20 електронами відповідно до наведеного вище порядку.

Заповнюйте орбіталі згідно з наведеним вище порядку, поки не достігнетедвадцатого електрона. На першій 1s орбіталі будуть знаходиться два електрона, на 2s орбіталі - також два, на 2p - шість, на 3s - два, на 3p - 6, і на 4s - 2 (2 + 2 + 6 +2 +6 +2 = 20.) Іншими словами, електронна конфігурація кальцію має вигляд: 1s 2s 2p 3s 3p 4s.

Зверніть увагу: орбіталі розташовуються в порядку зростання енергії. Наприклад, коли ви вже готові перейти на 4-й енергетичний рівень, то спочатку записуйте 4s орбіталь, а потім 3d. Після четвертого енергетичного рівня ви переходите на п`ятий, на якому повторюється такий же порядок. Це відбувається тільки після третього енергетичного рівня.

7. Використовуйте таблицю Менделєєва як візуальну підказку. Ви, ймовірно, вже помітили, що форма періодичної системи відповідає порядку електронних підрівнів в електронних конфігураціях. Наприклад, атоми в другій колонці зліва завжди закінчуються на "s", а атоми на правому краю тонкої середній частині закінчуються на "d" і т.д. Використовуйте періодичну систему як візуальне керівництво до написання конфігурацій - як порядок, згідно з яким ви додаєте до орбиталям відповідає вашому становищу в таблиці. Дивіться нижче:

Зокрема, дві найбільші ліві колонки містять атоми, чиї електронні конфігурації закінчуються s -орбіталямі, в правому блоці таблиці представлені атоми, чиї конфігурації закінчуються p -орбіталямі, а в нижній частині атоми закінчуються f -орбіталямі.

Наприклад, коли ви записуєте електронну конфігурацію хлору, міркуйте наступним чином: "Цей атом розташований в третьому ряду (або" періоді ") таблиці Менделєєва. Також він розташовується в п`ятій групі орбітального блоку p періодичної системи. Тому, його електронна конфігурація буде закінчуватися на ...3p

Зверніть увагу: елементи в області орбіталей d і f таблиці характеризуються енергетичними рівнями, які не відповідають періоду, в якому вони розташовані. Наприклад, перший ряд блоку елементів з d-орбіталей відповідає 3d орбиталям, хоча і розташовується в 4 періоді, а перший ряд елементів з f-орбіталей відповідає орбіталі 4f, незважаючи на те, що він знаходиться в 6 періоді.

8. Вивчіть скорочення написання довгих електронних конфігурацій. Атоми на правому краю періодичної системи називаються благородними газами. Ці елементи хімічно дуже стійкі. Щоб скоротити процес написання довгих електронних конфігурацій, просто записуйте в квадратних дужках хімічний символ найближчого благородного газу з меншим в порівнянні з вашим атомом числом електронів, а потім продовжуйте писати електронну конфігурацію наступних орбітальних рівнів. Дивіться нижче:

Щоб зрозуміти цю концепцію, корисно буде написати приклад конфігурації. Давайте напишемо конфігурацію цинку (атомний номер 30), використовуючи скорочення, що включає благородний газ. Повна конфігурація цинку виглядає так: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d. Однак ми бачимо, що 1s 2s 2p 3s 3p - це електронна конфігурація аргону, благородного газу. Просто замініть частину записи електронної конфігурації цинку хімічним символом аргону в квадратних дужках ([Ar].)

Отже, електронна конфігурація цинку, записана в скороченому вигляді, має вигляд: [Ar] 4s 3d.

Врахуйте, якщо ви пишете електронну конфігурацію благородного газу, скажімо, аргону, писати [Ar] не можна! Потрібно використовувати скорочення благородного газу, що стоїть перед цим елементом- для аргону це буде неон ([Ne]).

Метод 2 з 2:

За допомогою періодичної таблиці ADOMAH

1. Освойте періодичну таблицю ADOMAH. Даний метод запису електронної конфігурації не вимагає запам`ятовування, проте вимагає наявності переробленої періодичної таблиці, оскільки в традиційній таблиці Менделєєва, починаючи з четвертого періоду, номер періоду не відповідає електронній оболонці. Знайдіть періодичну таблицю ADOMAH - особливий тип періодичної таблиці, розроблений вченим Валерієм Циммерманом. Її легко знайти за допомогою короткого пошуку в інтернеті.

У періодичній таблиці ADOMAH горизонтальні ряди представляють групи елементів, такі як галогени, інертні гази, лужні метали, лужноземельні метали і т.д. Вертикальні колонки відповідають електронним рівням, а так звані "каскади" (діагональні лінії, що з`єднують блоки s, p, d і f) відповідають періодам.
Гелій переміщений до водню, оскільки обидва ці елементи характеризуються орбиталью 1s. Блоки періодів (s, p, d і f) показані з правого боку, а номери рівнів наведені в підставі. Елементи представлені в прямокутниках, пронумерованих від 1 до 120. Ці номери є звичайними атомними номерами, які представляють загальну кількість електронів в нейтральному атомі.

2. Знайдіть ваш атом в таблиці ADOMAH. Щоб записати електронну конфігурацію елемента, знайдіть його символ в періодичній таблиці ADOMAH і викресліть всі елементи з великим атомним номером. Наприклад, якщо вам потрібно записати електронну конфігурацію ербію (68), викресліть всі елементи від 69 до 120.

Зверніть увагу на номери від 1 до 8 в підставі таблиці. Це номери електронних рівнів, або номера колонок. Ігноруйте колонки, які містять тільки викреслені елементи. Для ербія залишаються колонки з номерами 1,2,3,4,5 і 6.

3. Порахуйте орбітальні підрівні до вашого елемента. Дивлячись на символи блоків, наведені праворуч від таблиці (s, p, d, and f), і на номери колонок, показані в підставі, ігноруйте діагональні лінії між блоками і розбийте колонки на блоки-колонки, перерахувавши їх по порядку знизу вгору. І знову ігноріруйтеблокі, в яких викреслені всі елементи. Запишіть блоки-колонки, починаючи від номера колонки, за яким слід символ блоку, таким чином: 1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p6s (для ербия).

Зверніть увагу: Наведена вище електронна конфігурація Er записана в порядку зростання номера електронного підрівня. Її можна також записати в порядку заповнення орбіталей. Для цього дотримуйтесь по каскадах від низу до верху, а не по колонках, коли ви записуєте блоки-колонки: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s4d 5p 6s 4f.

4. Порахуйте електрони для кожного електронного підрівня. Підрахуйте елементи, в кожному блоці-колонці що не були викреслені, прикріплюючи по одному електрону від кожного елемента, і запишіть їх кількість поруч з символом блоку для кожного блоку-колонки таким чином: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s. У нашому прикладі це електронна конфігурація ербія.

5. Враховуйте неправильні електронні конфігурації. Існує вісімнадцять типових винятків, що відносяться до електронних конфігурацій атомів в стані з найменшою енергією, також званому основним енергетичним станом. Вони не підкоряються загальним правилом лише за останні два-трьох положень, які вони займають електронами. При цьому дійсна електронна конфігурація припускає знаходження електронів в стані з більш низькою енергією в порівнянні зі стандартною конфігурацією атома. До атомам-виключень належать:

Cr (..., 3d5, 4s1)- Cu (..., 3d10, 4s1)- Nb (..., 4d4, 5s1)- Mo (..., 4d5, 5s1)- Ru (..., 4d7, 5s1)- Rh (..., 4d8, 5s1)- Pd (..., 4d10, 5s0)- Ag (..., 4d10, 5s1)- La (..., 5d1, 6s2)- Ce (..., 4f1, 5d1, 6s2)- Gd (..., 4f7, 5d1, 6s2)- Au (..., 5d10, 6s1)- Ac (..., 6d1, 7s2)- Th (..., 6d2, 7s2)- Pa (..., 5f2, 6d1, 7s2)- U (..., 5f3, 6d1, 7s2)- Np (..., 5f4, 6d1, 7s2) і Cm (..., 5f7, 6d1, 7s2).

Поради

Щоб знайти атомний номер атома, коли він записаний у формі електронної конфігурації, просто складіть всі числа, які йдуть за буквами (s, p, d, і f). Це працює тільки для нейтральних атомів, якщо ви маєте справу з іоном, то нічого не вийде - вам доведеться додати або відняти кількість додаткових або втрачених електронів.
Число, що йде за буквою - це верхній індекс, що не зробіть помилку в контрольній.
"Стабільності полузаполненного" підрівні не існує. це спрощення. Будь-яка стабільність, яка відноситься до "наполовину заповненим" подуровням, має місце через те, що кожна орбіталь зайнята одним електроном, тому мінімізується відштовхування між електронами.
Кожен атом прагне до стабільного стану, а найстабільніші конфігурації мають заповнені підрівні s і p (s2 і p6). Така конфігурація є у благородних газів, тому вони рідко вступають в реакції і в таблиці Менделєєва розташовані праворуч. Тому, якщо конфігурація закінчується на3p, то для досягнення стабільного стану їй необхідно два електрона (щоб втратити шість, включаючи електрони s-підрівні, буде потрібно більше енергії, тому втратити чотири легше). А якщо конфігурація закінчується на 4d, то для досягнення стабільного стану їй необхідно втратити три електрона. Крім того, полузаполненние підрівні (s1, p3, d5..) Є більш стабільними, ніж, наприклад, p4 або p2- проте s2 і p6 будуть ще більш стійкими.
Коли ви маєте справу з іоном, це означає, що кількість протонів не дорівнює кількості електронів. Заряд атома в цьому випадку буде зображений зверху справа (як правило) від хімічного символу. Тому атом сурми з зарядом +2 має електронну конфігурацію 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p. Зверніть увагу, що 5p змінилося на 5p. Будьте уважні, коли конфігурація нейтрального атома закінчується на підрівні, відмінні від s і p. Коли ви забираєте електрони, ви можете забрати їх тільки з валентних орбіталей (s і p орбіталей). Тому, якщо конфігурація закінчується на 4s 3d і атом отримує заряд +2, то конфігурація буде закінчуватися 4s 3d. Зверніть увагу, що 3d НЕ змінюється, натомість губляться електрони s-орбіталі.
Існують умови, коли електрон змушений "перейти на більш високий енергетичний рівень". Коли подуровню не вистачає одного електрона до половинної або повної заповненості, заберіть один електрон з найближчого s або p- підрівень та перемістіть його на той підрівень, якому необхідний електрон.
Є два варіанти запису електронної конфігурації. Їх можна записувати в порядку зростання номерів енергетичних рівнів або в порядку заповнення електронних орбіталей, як було показано вище для ербія.
Також ви можете записувати електронну конфігурацію елемента, записавши лише валентну конфігурацію, яка представляє собою последнійs і p підрівень. Таким чином, валентна конфігурація сурми матиме вигляд 5s 5p.
Іони не те ж саме. З ними набагато складніше. Пропустіть два рівня і дійте за тією ж схемою в залежності від того, де ви почали, і від того, наскільки велика кількість електронів.