Электронная конфигурация

Символ элемента или его номер — и получишь конфигурацию в полной и сокращённой записи, с разбором порядка заполнения. Ионы считаются отдельно.

ЭЛЕМЕНТ ИЛИ ЕГО НОМЕР

ЗАРЯД ИОНА

У иона конфигурация другая, и получить её заполнением подряд нельзя: у Fe²⁺ электроны уходят с 4s, хотя заполнялся последним 3d

Элементы до бария — дальше школьный курс не заходит

Как это считается

Электроны занимают подуровни не подряд по номеру уровня, а по возрастанию энергии. Оценивает энергию правило Клечковского: сначала заполняется тот подуровень, где меньше сумма n + l, а при равных суммах — тот, у которого меньше n.

n + l ⟶ \min, n + l = const : n \to \min

Здесь n — номер уровня, l — номер подуровня: у s он равен нулю, у p единице, у d двойке. Вместимость тоже задаётся им: на s помещается 2 электрона, на p — 6, на d — 10.

Заполняют и записывают в разном порядке. Заполнение идёт по Клечковскому, 4s раньше 3d. А в готовой формуле подуровни ставят по номеру уровня: 3d перед 4s. Обе записи встречаются, но в тетради ждут вторую, и калькулятор показывает обе, чтобы их не путать.

Порядок заполнения

Первые восемь подуровней с их суммами. Строка 4s и следующая за ней 3d — то самое место, где порядок перестаёт совпадать с номерами уровней.

ПОДУРОВЕНЬ	n	l	n + l	ОЧЕРЁДНОСТЬ
1s	1	0	1	1
2s	2	0	2	2
2p	2	1	3	3
3s	3	0	3	4
3p	3	1	4	5
4s	4	0	4	6
3d	3	2	5	7
4p	4	1	5	8

У 3s и 2p сумма одна и та же — тройка. Спор решает второе условие: заполняется тот, у кого меньше номер уровня, поэтому 2p идёт раньше.

Правило Хунда

Клечковский решает, в каком порядке заполняются подуровни, но не отвечает на другой вопрос — как электроны распределяются по орбиталям внутри одного подуровня. Здесь работает правило Хунда: сначала электроны занимают все свободные орбитали подуровня по одному, с одинаково направленным спином, и только когда свободных орбиталей не осталось — начинают образовывать пары.

Азот, 2p³

↑ ↑ ↑

неспаренных: 3

Кислород, 2p⁴

↑↓ ↑ ↑

неспаренных: 2

У азота три электрона на трёх p-орбиталях расходятся по одной — ни одна пара не образуется, неспаренных сразу три. У кислорода электрон уже четвёртый, свободных орбиталей не осталось, и он встаёт в пару к первому — неспаренных остаётся два. Число неспаренных электронов определяет магнитные свойства атома и участвует в объяснении валентности.

Примеры разбора

Калий: 4s заполняется раньше 3d

K, Z = 19

Считаем электроны

$Z = 19 \Rightarrow e^{-} = 19$

Номер элемента — это заряд ядра, у калий он равен 19. У нейтрального атома электронов столько же, сколько протонов.
Заполняем подуровни по правилу Клечковского

${1 s}^{2} {2 s}^{2} {2 p}^{6} {3 s}^{2} {3 p}^{6} {4 s}^{1}$

Подуровни идут по возрастанию суммы n + l, а при равной сумме — по возрастанию n. Поэтому 4s (4 + 0 = 4) заполняется раньше 3d (3 + 2 = 5), хотя номер уровня у него больше.
Записываем по уровням

${1 s}^{2} {2 s}^{2} {2 p}^{6} {3 s}^{2} {3 p}^{6} {4 s}^{1}$

В готовой записи подуровни идут по номеру уровня, а не по порядку заполнения: 3d ставится перед 4s. Заполнение и запись — разные вещи, и на этом чаще всего расходятся с учебником.
Считаем валентные электроны

$по уровням: 2, 8, 8, 1 валентных: 1$

На внешнем уровне 1 электрон. Номер периода совпадает с числом заполненных уровней: 4.

{1 s}^{2} {2 s}^{2} {2 p}^{6} {3 s}^{2} {3 p}^{6} {4 s}^{1} = [A r] {4 s}^{1}

После аргона следующий электрон идёт не на 3d, хотя третий уровень не достроен. Сумма n + l у 4s равна четырём, у 3d — пяти, и меньшая сумма выигрывает. Ради этого случая правило Клечковского в школе и вводят.

Хром: провал электрона

C r, Z = 24

Считаем электроны

$Z = 24 \Rightarrow e^{-} = 24$

Номер элемента — это заряд ядра, у хром он равен 24. У нейтрального атома электронов столько же, сколько протонов.
Заполняем подуровни по правилу Клечковского

${1 s}^{2} {2 s}^{2} {2 p}^{6} {3 s}^{2} {3 p}^{6} {4 s}^{2} {3 d}^{4}$

Подуровни идут по возрастанию суммы n + l, а при равной сумме — по возрастанию n. Поэтому 4s (4 + 0 = 4) заполняется раньше 3d (3 + 2 = 5), хотя номер уровня у него больше.
Учитываем провал электрона

$4 s \to 3 d : {3 d}^{5} {4 s}^{1}$

Хром — исключение: наполовину заполненный d-подуровень устойчивее, чем на один электрон неполный. Электрон с 4s переходит на 3d. Такие исключения не выводятся из правил, их запоминают.
Записываем по уровням

${1 s}^{2} {2 s}^{2} {2 p}^{6} {3 s}^{2} {3 p}^{6} {3 d}^{5} {4 s}^{1}$

В готовой записи подуровни идут по номеру уровня, а не по порядку заполнения: 3d ставится перед 4s. Заполнение и запись — разные вещи, и на этом чаще всего расходятся с учебником.
Считаем валентные электроны

$по уровням: 2, 8, 13, 1 валентных: 6$

На внешнем уровне 1 электрон, плюс 5 на недостроенном 3d — у d-элементов они тоже участвуют в связях. Номер периода совпадает с числом заполненных уровней: 4.

{1 s}^{2} {2 s}^{2} {2 p}^{6} {3 s}^{2} {3 p}^{6} {3 d}^{5} {4 s}^{1} = [A r] {3 d}^{5} {4 s}^{1}

По общему правилу вышло бы 3d⁴4s², и такой ответ выглядит совершенно нормально — именно поэтому его и пишут. Наполовину заполненный d-подуровень устойчивее, и один электрон уходит с 4s на 3d. Из правил это не выводится, только запоминается.

Ион Fe²⁺: откуда уходят электроны

{F e}^{2 +}

Считаем электроны

$Z = 26, e^{-} = 26 - (2) = 24$

Номер элемента — это заряд ядра, у железо он равен 26. У иона электронов меньше или больше на величину заряда: осталось 24.
Заполняем подуровни по правилу Клечковского

${1 s}^{2} {2 s}^{2} {2 p}^{6} {3 s}^{2} {3 p}^{6} {4 s}^{2} {3 d}^{6}$

Подуровни идут по возрастанию суммы n + l, а при равной сумме — по возрастанию n. Поэтому 4s (4 + 0 = 4) заполняется раньше 3d (3 + 2 = 5), хотя номер уровня у него больше.
Снимаем электроны

$- 2 e^{-} : 4 s, 4 s$

У катиона электроны уходят с внешнего уровня — с наибольшим n, а не с того подуровня, который заполнялся последним. У железа сначала пустеет 4s, и только потом трогается 3d: Fe²⁺ это 3d⁶, а не 3d⁴4s².
Записываем по уровням

${1 s}^{2} {2 s}^{2} {2 p}^{6} {3 s}^{2} {3 p}^{6} {3 d}^{6}$

В готовой записи подуровни идут по номеру уровня, а не по порядку заполнения: 3d ставится перед 4s. Заполнение и запись — разные вещи, и на этом чаще всего расходятся с учебником.
Считаем валентные электроны

$по уровням: 2, 8, 14, 0 валентных: 6$

На внешнем уровне 0 электрона, плюс 6 на недостроенном 3d — у d-элементов они тоже участвуют в связях. Номер периода совпадает с числом заполненных уровней: 4.

{1 s}^{2} {2 s}^{2} {2 p}^{6} {3 s}^{2} {3 p}^{6} {3 d}^{6} = [A r] {3 d}^{6}

Заполнялся последним 3d, но снимаются электроны не с него. Уходят они с внешнего уровня — с 4s, и получается 3d⁶, а не 3d⁴4s². Ошибка «снимаю с того, что заполнял последним» — самая частая в задачах на ионы.

Вопросы

Почему 4s заполняется раньше 3d?

Потому что у 4s сумма n + l меньше: 4 + 0 = 4 против 3 + 2 = 5. Энергия подуровня зависит не от одного номера уровня, а от этой суммы. Ради такого случая правило Клечковского и вводят.

Что такое провал электрона?

Переход одного электрона с внешнего s на d-подуровень. У хрома вместо 3d⁴4s² получается 3d⁵4s¹, у меди вместо 3d⁹4s² — 3d¹⁰4s¹: наполовину и полностью заполненный d устойчивее. Из правил это не выводится.

Откуда снимаются электроны у иона?

С внешнего уровня, то есть с наибольшим n. У железа 3d заполнялся последним, но уходят электроны с 4s: Fe²⁺ — это 3d⁶, а не 3d⁴4s². Путаница здесь даёт неверный ответ чаще всего.

Чем порядок заполнения отличается от записи?

Заполняют по Клечковскому — 4s перед 3d. Записывают по уровням — 3d перед 4s. Обе формы верны, но в тетради ждут вторую: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

Сколько электронов помещается на подуровне?

На s — два, на p — шесть, на d — десять, на f — четырнадцать. Это следует из принципа Паули: на одной орбитали не больше двух электронов, а орбиталей в подуровне 2l + 1.

Как узнать число неспаренных электронов?

Разложить электроны последнего подуровня по отдельным орбиталям правилом Хунда: сначала по одному в каждую свободную, потом в пары. У азота (2p³) все три орбитали заняты одиночными электронами — неспаренных три. У кислорода (2p⁴) четвёртый электрон уже вынужден встать в пару — неспаренных два.

Электронная конфигурация

Калькулятор

Как это считается

Порядок заполнения

Правило Хунда

Примеры разбора

Калий: 4s заполняется раньше 3d

Считаем электроны

Заполняем подуровни по правилу Клечковского

Записываем по уровням

Считаем валентные электроны

Хром: провал электрона

Считаем электроны

Заполняем подуровни по правилу Клечковского

Учитываем провал электрона

Записываем по уровням

Считаем валентные электроны

Ион Fe²⁺: откуда уходят электроны

Считаем электроны

Заполняем подуровни по правилу Клечковского

Снимаем электроны

Записываем по уровням

Считаем валентные электроны

Вопросы

Похожие калькуляторы