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 з використанням 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 й число електронів атома з нульовим зарядом.2
Визначте заряд атома. Нейтральні атоми будуть мати стільки ж електронів, скільки показано в таблиці Менделєєва. Однак заряджені атоми матимуть більше чи менше число електронів - залежно від величини їх заряду. Якщо ви працюєте з зарядженим атомом, додавайте або віднімайте електрони наступним чином: додавайте один електрон на кожен негативний заряд і віднімайте один на кожен позитивний.- Наприклад, атом натрію із зарядом -1 матиме додатковий електрон в добавок до свого базового атомному числу 11. Інакше кажучи, в сумі біля атома буде 12 електронів.
3
Запам`ятайте базовий список орбіталей. У міру того, як у атома збільшується число електронів, вони заповнює різні підрівні електронної оболонки атома згідно певній послідовності. Кожен підрівень електронної оболонки, будучи заповненим, містить парне число електронів. Є наступні підрівні:- s-підрівень (Будь-яке число в електронній конфігурації, яке стоїть перед буквою "s") містить єдину орбіталь, і, згідно Принципом Паулі, одна орбіталь може містити максимум 2 електрона, отже, на кожному s-підрівні електронної оболонки може перебувати 2 електрони.
- 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.
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 подуровней 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 орбіталь 4s має меншу енергію (або менш рухлива), ніж частково заповнена або заповнена 3d, тому спочатку записується орбіталь 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 наступний 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 усі відомі в наш час електронні підрівні нейтрально зарядженого атома.
6
Заповнюйте орбіталі відповідно до кількості електронів у 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 згідно з наведеним вище порядком.- Заповнюйте орбіталі згідно з наведеним вище порядком, поки не досягнете двадцятого електрона. На першому 1s орбіталі будуть знаходиться два електрони, 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, мабуть, 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 положенню в таблиці. Дивіться нижче:- Зокрема, дві самі ліві колонки містять атоми, чиї електронні конфігурації закінчуються s-орбиталями, у правому блоці таблиці представлені атоми, чиї конфігурації закінчуються p -орбіталямі, а в нижній частині атоми закінчуються f-орбиталями.
- 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-орбиталями відповідає 3d орбиталям, хоча і розташовується в 4 періоді, а перший ряд елементів з f-орбиталями 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 порівняно 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 запису електронної конфігурації цинку хімічним символом аргону в квадратних дужках ([Ar].)
- Отже, електронна конфігурація цинку, записана в скороченому вигляді, має вигляд: [Ar] 4s 3d.
Метод 2 з 2: використання 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 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 основі. Елементи представлені в прямокутниках, пронумерованих від 1 до 120. Ці номери є звичайними атомними номерами, які представляють загальна кількість електронів в нейтральному атомі.
2
Знайдіть ваш атом у 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 номери 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), та на номери колонок, показані в основі, ігноруйте діагональні лінії між блоками і розбийте колонки на блоки-колонки, перерахувавши їх по порядку знизу вгору. І знову ігноруйте блоки, в яких викреслені всі елементи. Запишіть блоки-колонки, починаючи від номера колонки, за яким слідує символ блоку, таким чином: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (для ербію).- Зверніть увагу: Наведена вище електронна конфігурація Er записана в порядку зростання номера електронного підрівня. Її можна також записати у порядку заповнення орбіталей. Для цього дотримуйтесь по каскадах знизу вгору, а не по колонках, коли ви записуєте блоки-колонки: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 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 із 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 ербію.5
Враховуйте неправильні електронні конфігурації. Існує вісімнадцять типових винятків, що відносяться до електронних конфігурацій атомів у стані з найменшою енергією, також званому основним енергетичним станом. Вони не підкоряються загальним правилом тільки за останніми двом-трьом положенням, займаним 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 літерами (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" підрівня не існує. Це спрощення. Будь 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 на 3p, то для досягнення стабільного стану їй необхідно два електрони (щоб втратити шість, включаючи електрони s-підрівня, 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- однак 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 із 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 3dНЕ змінюється, натомість губляться електрони s-орбіталі.
- Існують умови, коли електрон змушений "перейти на більш високий енергетичний рівень". Коли подуровню не вистачає одного електрона до половинній або повної заповнювання, заберіть один електрон з найближчого s або p- підрівня і 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 ербію.
- Також ви можете записувати електронну конфігурацію елемента, записавши лише валентну конфігурацію, яка являє собою останній s і p підрівень. Таким чином, валентна конфігурація сурми буде мати вигляд 5s 5p.
- Іони не те ж саме. З ними набагато складніше. Пропустіть два рівні і дійте за тією ж схемою залежно від того де ви почали, і від того, наскільки велика кількість електронів.
