Jak napisać konfiguracje elektronów dla atomów różnych pierwiastków?

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-15 08:21

Konfiguracja elektronowa atomu jest numeryczną reprezentacją orbit elektronów. Orbity elektronowe to różne regiony wokół jądra atomowego, w których zwykle obecne są elektrony. Konfiguracja elektronowa może powiedzieć czytelnikowi o liczbie orbit elektro, które ma atom, a także o liczbie elektronów zajmujących każdą orbitę. Gdy zrozumiesz podstawowe zasady dotyczące konfiguracji elektronów, będziesz w stanie pisać własne konfiguracje i pewnie przeprowadzać testy chemiczne.

Krok

Metoda 1 z 2: Wyznaczanie elektronów za pomocą układu okresowego

Krok 1. Znajdź swoją liczbę atomową

Każdy atom ma określoną liczbę elektronów. Znajdź symbol chemiczny swojego atomu w układzie okresowym powyżej. Liczba atomowa jest dodatnią liczbą całkowitą zaczynającą się od 1 (dla wodoru) i rosnącą o 1 za każdym razem dla kolejnych atomów. Ta liczba atomowa jest również liczbą protonów w atomie - a więc reprezentuje również liczbę elektronów w atomie o zerowej zawartości.

Krok 2. Określ zawartość atomową

Atomy o zerowej zawartości będą miały dokładną liczbę elektronów wymienioną w powyższej tablicy okresowej. Jednak atom z zawartością będzie miał większą lub mniejszą liczbę elektronów, w zależności od wielkości zawartości. Jeśli masz do czynienia z zawartością atomową, dodaj lub dodaj elektrony: dodaj jeden elektron dla każdego ładunku ujemnego i odejmij jeden dla każdego ładunku dodatniego.

Na przykład atom sodu o zawartości -1 będzie miał dodatkowy elektron oprócz podstawowej liczby atomowej, która wynosi 11. Zatem ten atom sodu będzie miał w sumie 12 elektronów

Krok 3. Zapisz listę standardowych orbit w swojej pamięci

Kiedy atom zdobywa elektrony, wypełnia różne orbity w określonej kolejności. Każdy zestaw tych orbit, gdy jest w pełni zajęty, będzie zawierał parzystą liczbę elektronów. Zestawy tych orbit to:

Zestaw orbitali s (dowolna liczba w konfiguracji elektronów, po której następuje „s”) obejmuje pojedynczą orbitę, a zgodnie z zasadą wykluczenia Pauliego pojedyncza orbita może zawierać maksymalnie 2 elektrony, więc każdy zestaw orbitali s może zawierają 2 elektrony.
Zestaw orbitalny p zawiera 3 orbity i może zawierać łącznie 6 elektronów.
Zestaw orbitalny d zawiera 5 orbit, więc ten zestaw może zawierać 10 elektronów.
Zbiór orbitalny f zawiera 7 orbit, więc może zawierać 14 elektronów.

Krok 4. Zrozum notację konfiguracji elektronów

Konfiguracja elektronowa jest napisana w sposób, który wyraźnie pokazuje liczbę elektronów w atomie i na każdej orbicie. Każda orbita jest zapisywana sekwencyjnie, z liczbą elektronów na każdej orbicie zapisaną małymi literami i na wyższej pozycji (indeks górny) po prawej stronie nazwy orbity. Ostateczna konfiguracja elektronów to zbiór danych dotyczących nazw orbit i indeksów górnych.

Na przykład, oto prosta konfiguracja elektronów: 1s² 2s² 2p⁶. Ta konfiguracja pokazuje, że są dwa elektrony w zestawie orbitalnym 1s, dwa elektrony w zestawie orbitalnym 2s i sześć elektronów w zestawie orbitalnym 2p. 2 + 2 + 6 = 10 elektronów. Ta konfiguracja elektronów dotyczy atomów neonu, które nie mają zawartości (liczba atomowa neonu wynosi 10.)

Krok 5. Zapamiętaj kolejność orbit

Zauważ, że chociaż zbiór orbit jest ponumerowany zgodnie z liczbą warstw elektronowych, orbity są uporządkowane zgodnie z ich energią. Na przykład 4s² zawierające niższy poziom energii (lub potencjalnie bardziej lotny) niż 3d atom¹⁰ który jest częściowo lub całkowicie wypełniony, więc kolumna 4s jest zapisywana jako pierwsza. Gdy znasz kolejność orbit, możesz je wypełnić na podstawie liczby elektronów w każdym atomie. Kolejność wypełniania orbit jest następująca: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s.

Konfiguracja elektronowa dla atomu z każdą orbitą całkowicie wypełnioną wyglądałaby tak: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f¹⁴ 6d¹⁰7p⁶8s²
Powyższa lista, jeśli wszystkie warstwy są wypełnione, będzie konfiguracją elektronową dla Uuo (Ununoctium), 118, który jest atomem o najwyższym numerze w układzie okresowym - więc ta konfiguracja elektronowa zawiera wszystkie warstwy elektronowe, o których wiadomo, że istnieją w neutralny atom.

Krok 6. Wypełnij orbity na podstawie liczby elektronów w twoim atomie

Na przykład, gdybyśmy chcieli zapisać konfigurację elektronową atomu wapnia bez zawartości, zaczęlibyśmy od określenia liczby atomowej wapnia w układzie okresowym. Liczba to 20, więc napiszemy konfigurację atomu z 20 elektronami w powyższej kolejności.

Wypełnij orbity zgodnie z powyższą sekwencją, aż osiągniesz w sumie 20 elektronów. Orbita 1s zawiera dwa elektrony, orbita 2s dwa, orbita 2p sześć, orbita 3s dwa, orbita 3p sześć i orbita 4s dwa (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20). Tak więc konfiguracja elektronowa dla wapnia jest: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s².
Uwaga: Poziomy energii zmieniają się wraz ze wzrostem orbity. Na przykład, gdy osiągniesz 4 poziom energii, wtedy 4s będą pierwsze, następnie 3d. Po czwartym poziomie energii przejdziesz na poziom 5, gdzie kolejność wraca na początek. Dzieje się to dopiero po 3 poziomie energii.

Krok 7. Użyj układu okresowego jako skrótu wizualnego

Być może zauważyłeś, że kształt układu okresowego pierwiastków reprezentuje porządek zbioru orbit w konfiguracji elektronowej. Na przykład atomy w drugiej kolumnie od lewej zawsze kończą się na „s²", atomy w prawym obszarze cienkiego środka zawsze kończą się na "d¹⁰, " itp. Użyj układu okresowego jako swojej wizualnej pomocy w zapisaniu konfiguracji elektronów - kolejność elektronów, które zapisujesz na orbitach, jest bezpośrednio związana z twoją pozycją na tablicy. Zobacz poniżej:

W szczególności dwie skrajne lewe kolumny reprezentują atomy o konfiguracjach elektronowych kończących się na orbitach s, prawa połowa tabeli przedstawia atomy o konfiguracjach elektronowych kończących się na orbitach s, środkowe sekcje reprezentują atomy kończące się na orbitach d, a dolna połowa na atomy kończące się na orbitale d. orbity f.
Na przykład, gdy chcesz zapisać konfigurację elektronu dla chloru, pomyśl: „Ten atom jest w trzecim wierszu (lub „okresie”) układu okresowego. Jest również w piątej kolumnie bloku orbity p układu okresowego. układ okresowy, więc konfiguracja elektronu będzie miała …3p⁵
Uwaga - regiony orbitalne d i f w tabeli reprezentują różne poziomy energii w rzędzie, w którym się znajdują. Na przykład pierwszy rząd bloków orbitalnych d reprezentuje orbity 3d, mimo że znajdują się one w okresie 4, podczas gdy pierwszy rząd orbit f reprezentuje orbity 4f, mimo że faktycznie znajdują się one w okresie 6.

Krok 8. Naucz się szybko pisać konfiguracje elektronów

Atomy po prawej stronie układu okresowego nazywają się Gazy szlachetne. Te pierwiastki są bardzo stabilne chemicznie. Aby skrócić długi proces zapisywania konfiguracji elektronów, napisz symbol chemiczny najbliższego pierwiastka gazowego, który ma mniej elektronów niż atomów w twoich nawiasach, a następnie kontynuuj konfigurację elektronów dla następującego zestawu orbit. Zobacz przykład poniżej:

Aby ułatwić zrozumienie tej koncepcji, przedstawiono przykładową konfigurację. Napiszmy konfigurację dla Cynku (o liczbie atomowej 30) przy użyciu szybkiej metody gazu szlachetnego. Ogólna konfiguracja elektronowa cynku to: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰. Należy jednak pamiętać, że 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ to konfiguracja dla Argonu, gazu szlachetnego. Zastąp tę część notacji elektronowej cynku symbolem chemicznym argonu w nawiasach ([Ar].)
Tak więc konfigurację elektronową cynku można zapisać szybko jako [Ar]4s² 3d¹⁰.

Metoda 2 z 2: Korzystanie z układu okresowego ADOMAH

Krok 1. Zrozumienie układu okresowego ADOMAH

Ta metoda zapisywania konfiguracji elektronów nie wymaga ich zapamiętywania. Konieczna jest jednak zmiana układu okresowego, ponieważ w tradycyjnym układzie okresowym, począwszy od czwartego rzędu, numer okresu nie reprezentuje warstwy elektronowej. Poszukaj układu okresowego ADOMAH, który jest układem okresowym specjalnie zaprojektowanym przez naukowca Valery'ego Tsimmermana. Możesz go łatwo znaleźć, korzystając z wyszukiwania online.

W układzie okresowym ADOMAH poziome rzędy reprezentują grupy pierwiastków, takie jak halogeny, słabe gazy, metale alkaliczne, ziemie alkaliczne itp. Pionowe kolumny reprezentują warstwy elektronowe i nazywane są „kaskadami” (linie ukośne łączące bloki s, p, d i f), które odpowiadają okresowi.
Hel przesuwa się obok wodoru, ponieważ oba mają orbity 1s. Kilka kropek (s, p, d i f) jest pokazanych po prawej stronie, a numery warstw są poniżej. Pierwiastki są pokazane w prostokątnych polach ponumerowanych od 1 do 120. Liczby te są normalnymi liczbami atomowymi reprezentującymi całkowitą liczbę elektronów w obojętnym atomie.

Krok 2. Znajdź swój atom w tabeli ADOMAH

Aby zapisać konfigurację elektronową pierwiastka, zlokalizuj jego symbol w układzie okresowym ADOMAH i wykreśl wszystkie pierwiastki o wyższej liczbie atomowej. Na przykład, jeśli chcesz zapisać konfigurację elektronową erbu (68), skreśl pierwiastki od 69 do 120.

Zwróć uwagę na liczby od 1 do 8 na dole tabeli. Te liczby to numery warstw elektronowych lub numery kolumn. Zignoruj kolumny zawierające tylko przekreślone elementy. W przypadku Erbium pozostałe kolumny to kolumny o numerach 1, 2, 3, 4, 5 i 6

Krok 3. Oblicz swój atomowy skończony zbiór orbit

Patrząc na symbole bloków po prawej stronie tabeli (s, p, d i f) oraz numery kolumn na dole tabeli i ignorując ukośne linie między blokami, podziel kolumny na kolumny. i napisz je w kolejności od dołu do góry. Ponownie zignoruj bloki kolumn, które zawierają wszystkie przekreślone elementy. Zapisz początek kolumny i bloku, zaczynając od numeru kolumny, a następnie symbolu bloku, w następujący sposób: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (w przypadku erbu).

Uwaga: Konfiguracje elektronowe Er powyżej są zapisane w porządku rosnącym według numeru warstwy. Możesz również pisać w kolejności, w jakiej orbity są wypełnione. Podążaj kaskadą od góry do dołu (nie kolumny) podczas pisania bloków kolumn: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹².

Krok 4. Policz elektrony w każdym zestawie orbit

Policz nieokrojone elementy w każdym bloku kolumny, wprowadzając jeden elektron na element, a następnie zapisz liczbę po symbolu bloku dla każdego bloku kolumny, w ten sposób: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹² 5s² 5p⁶ 6s². W naszym przykładzie jest to konfiguracja elektronowa erbu.

Krok 5. Poznaj błędną konfigurację elektronów

Istnieje osiemnaście wyjątków od konfiguracji elektronowej dla atomów o najniższym poziomie energetycznym lub tak zwanym powszechnie poziomie elementarnym. Ten wyjątek łamie ogólną zasadę w pozycjach ostatnich dwóch do trzech elektronów. W takim przypadku rzeczywista konfiguracja elektronowa utrzymuje elektron w stanie niższej energii niż w standardowej konfiguracji atomu. Te błędne atomy to:

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); Bóg (…, 4f7, 5d1, 6s2); Au (…, 5d10, 6s1); Klimatyzacja (…, 6d1, 7s2); NS (…, 6d2, 7s2); Rocznie (…, 5f2, 6d1, 7s2); U (…, 5f3, 6d1, 7s2); Np (…, 5f4, 6d1, 7s2) i cm (…, 5f7, 6d1, 7s2).

Porady

Kiedy atom jest jonem, oznacza to, że liczba protonów nie jest równa liczbie elektronów. Zawartość atomowa będzie (zwykle) pokazana w prawym górnym rogu symbolu chemicznego. Zatem atom antymonu o zawartości +2 będzie miał konfigurację elektronową 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p¹. Zauważ, że 5p³ zmieniono na 5p¹. Bądź ostrożny, gdy konfiguracja elektronowa kończy się na orbicie innej niż zbiór orbit s i p.

Kiedy usuniesz elektron, możesz go tylko usunąć z jego orbity walencyjnej (orbita s i p). Więc jeśli konfiguracja kończy się na 4s² 3d⁷, a atom otrzyma zawartość +2, to konfiguracja zmieni się na kończącą się na 4s⁰ 3d⁷. Zauważ, że 3d⁷nie zmiany, jednak orbita elektronu s zostaje utracona.
Każdy atom chce być stabilny, a najbardziej stabilne konfiguracje będą zawierać pełny zestaw orbit s i p (s2 i p6). Gazy zaczynają mieć taką konfigurację, dlatego rzadko są reaktywne i znajdują się po prawej stronie układu okresowego. Więc jeśli konfiguracja kończy się na 3p⁴, więc ta konfiguracja wymaga tylko dwóch dodatkowych elektronów, aby stać się stabilnym (usunięcie sześciu, w tym elektronów w zestawie orbitalnym s, wymaga więcej energii, więc usunięcie czterech jest łatwiejsze). A jeśli konfiguracja kończy się na 4d³, wtedy ta konfiguracja musi stracić tylko trzy elektrony, aby osiągnąć stan stabilny. Również warstwy o połowie zawartości (s1, p3, d5..) są bardziej stabilne niż (na przykład) p4 lub p2; jednak s2 i p6 będą jeszcze bardziej stabilne.
Nie ma czegoś takiego jak podpoziom „równowagi połowy treści”. To jest uproszczenie. Wszystkie bilanse związane z „w połowie wypełnionymi” podpoziomami opierają się na fakcie, że każda orbita ma tylko jeden elektron, dzięki czemu odpychanie między elektronami jest zminimalizowane.
Możesz również napisać konfigurację elektronową elementu, po prostu zapisując jego konfigurację walencyjną, tj. ostatni zestaw orbit s i p. Tak więc konfiguracja walencyjna atomu antymonu będzie wynosić 5s² 5p³.
To samo nie dotyczy jonów. Jony są trudniejsze do pisania. Pomiń dwa poziomy i postępuj zgodnie z tym samym schematem, w zależności od tego, gdzie zaczynasz pisać, w oparciu o wysoką lub niską liczbę elektronów.
Aby znaleźć liczbę atomową, gdy ma ona postać konfiguracji elektronowej, zsumuj wszystkie liczby następujące po literach (s, p, d i f). Ta zasada dotyczy tylko atomów neutralnych, jeśli ten atom jest jonem, musisz dodać lub usunąć elektrony zgodnie z liczbą dodaną lub usuniętą.
Istnieją dwa różne sposoby zapisywania konfiguracji elektronów. Możesz je zapisać w kolejności od numeru warstwy w górę lub kolejności wypełniania orbit, jak w powyższym przykładzie dla pierwiastka Erbium.
Istnieją pewne okoliczności, w których elektrony muszą być „promowane”. Kiedy zestaw orbit wymaga tylko jednego elektronu, aby był pełny lub w połowie pełny, usuń jeden elektron z najbliższego zestawu orbit s lub p i przenieś go do zestawu orbit, które wymagają tego elektronu.
Liczby następujące po literach są indeksowane w indeksie górnym, więc nie zapisuj ich w teście.