Logo Media Nauka

Facebook

Konfiguracja elektronowa

Atomy składają się z jądra atomowego oraz krążących wokół nich elektronów. Pojęcia krążenia nie powinniśmy traktować dosłownie i analogicznie do krążenia planet wokół Słońca. Świat w mikroskali rządzi się zasadami mechaniki kwantowej, a ta pokazuje, że elektrony są niejako rozmyte wokół jądra, tworzą tak zwaną chmurę elektronową, której kształt określa prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w konkretnym miejscu w objętości atomu.

Powłoki elektronowe

Równanie Schrödingera dla elektronu związanego w atomie (wodoru) ma tylko wówczas rozwiązanie, gdy energia elektronu przyjmuje wartości pewnej stałej wartości podzielonej przez n2. Liczba n jest nazywana główną liczbą kwantową i przyjmuje wartości 1,2,3,...

Wszystkie elektrony o zbliżonych energiach znajdują się na tak zwanych powłokach elektronowych. Oznaczamy je kolejno wielkimi literami K, L, M, N, O, P, itd. zgodnie z kolejnością alfabetyczną. Numeracja powłok odpowiada głównej liczbie kwantowej oraz numerowi okresu w układzie okresowym pierwiastków.

Powłoka K (n=1) znajduje się najbliżej jądra atomu. Elektrony na tej powłoce mają najniższą z możliwych energii i są jednocześnie najbardziej związane z jądrem (są najsilniej przyciągane). Im na wyższej powłoce znajduje się elektron, tym słabiej jest związany z atomem i tym większą energię posiada.

Na danej powłoce może się znajdować ściśle określona liczba elektronów wyrażona wzorem 2n2.

Główna liczba kwantowa Symbol powłoki Maksymalna liczba elektronów
1 K 2
2 L 6
3 M 18
4 N 72
5 O 98

Rozmieszczenie elektronów na powłokach opisujemy w taki sposób, że nad symbolem powłoki podajemy liczbę elektronów w niej występujących. Dla na przykład chloru konfiguracja elektronów na powłokach ma więc postać: K2 L8 M7 . Oznacza to, że na powłoce K znajdują się dwa elektrony, na powłoce L jest ich osiem, a w powłoce M znajduje się 7 elektronów.

Rozmieszczenie elektronów dla dowolnego pierwiastka odczytasz w naszym układzie okresowym (dostępnym w menu u góry strony).

Rozwiązując równanie Schrödingera dla atomu wodoru okazuje się, że funkcja falowa elektronu zależy od trzech liczb kwantowych: n - wyznaczającej powłoki, l - wyznaczającej tak zwane podpowłoki oraz m - wyznaczającej orbitale.

Podpowłoki elektronowe

W każdej powłoce znajdują się tak zwane podpowłoki, w których znajdują się elektrony o ściśle określonych i jednakowych energiach.

Podpowłoki oznaczamy literami s, p, d, f, g, h itd. Podpowłoka s to podpowłoka o najniższej energii.

Kolejne podpowłoki odpowiadają kolejnym numerom pobocznej liczby kwantowej l=0,1,2,....

Na danej podpowłoce może się znaleźć 2(l+1) elektronów. Niezależnie od tego, w której powłoce znajduje się dana podpowłoka, zawsze mieści się na niej tyle samo elektronów.

Oznaczenie podpowłoki jest następujące: przed nazwą podpowłoki (s,p,d,...) podajemy numer głównej liczby kwantowej (powłoki), a w indeksie podajemy liczbę elektronów.

Przykład

Zapis 2s1 oznacza podpowłokę s (l=0) w powłoce L (n=2) z jednym tylko elektronem.

Orbitale

Orbital jest funkcją falową, która jest rozwiązaniem równania Schrödingera dla jednego elektronu, który znajduje się na jednej z powłok atomu. Można powiedzieć, że orbital opisany trzema liczbami kwantowymi określa kształt chmury elektronowej.

Konfiguracja elektronów

Konfiguracja elektronowa

Konfigurację elektronową atomu przedstawia się przy pomocy następujących reguł:

  • orbitale zapełniane są w kolejności od niższej energii 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → itd. według schematu zaprezentowanego na ilustracji obok;
  • każdą podpowłokę mogą zajmować maksymalnie dwa elektrony, które zgodnie z zakazem Pauliego, muszą mieć przeciwne spiny;
  • w atomie nie mogą istnieć dwa elektrony posiadające taki sam zestaw czterech liczb kwantowychn  l,  ml i ms;
  • zgodnie z tak zwaną regułą Hunda niezapełnione orbitale o jednakowej energii zajmowane są kolejno elektronami o takim samym spinie dopóki wszystkie wolne orbitale zostaną zajęte. Pary elektronowe na tych orbitalach pojawiają się dopiero po zapełnieniu wszystkich orbitali obsadzone przez pojedyncze elektrony.

Mamy:

Powłoka Symbol podpowłoki Maksymalna liczba elektronów
K 1s 2
L 2s
2p
2
6
M 3s
3p
3d
2
6
10

Na wyższych powłokach energia elektronów zależy od głównej liczby kwantowej  n, ale i w istotny sposób od pobocznej liczby kwantowej  l. W związku z tym niektóre z poziomów energetycznych d czy f o niższej głównej liczbie kwantowej będą charakteryzowały się wyższą energią od poziomów o wyższej głównej liczbie kwantowej. Dlatego w przypadku niektórych pierwiastków, można zaobserwować wyjątki od „regularnego” zapełniania orbitali przez elektrony, jak np. w przypadku atomów miedzi.

Uproszczony zapis konfiguracji elektronów

Możliwy jest także tzw. skrócony zapis konfiguracji elektronowej. Jest to zapis konfiguracji, w którym przedstawia się początkowy rdzeń w postaci konfiguracji elektronowej gazu szlachetnego i uzupełnia się go o pozostałe elektrony.

Konfiguracje elektronowe wybranych pierwiastków

Konfiguracje elektronowe gazów szlachetnych.

Konfiguracja elektronowa: Symbol pierwiastka Liczba atomowa Konfiguracja pełna
helu He 2 1s2
neonu Ne 10 1s2 2s2 2p6
argonu Ar 18 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
kryptonu Kr 36 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
ksenonu Xe 54 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6
radonu Rn 86 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6

Konfiguracje elektronowe najczęściej wykorzystywane.

Konfiguracja elektronowa: Symbol pierwiastka Liczba atomowa Konfiguracja pełna Konfiguracja uproszczona
wodoru H 1 1s1 -
litu Li 3 1s2 2s1 -
węgla C 6 1s2 2s2 2p2 -
tlenu O 8 1s2 2s2 2p4 -
fluoru F 9 1s2 2s2 2p5 -
sodu Na 11 1s2 2s2 2p6 3s1 [Ne] 3s1
krzemu Si 14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 [Ne] 3s2 3p2
fosforu P 15 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 [Ne] 3s2 3p3
siarki S 16 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 [Ne] 3s2 3p4
chloru Cl 17 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 [Ne] 3s2 3p5
potasu K 19 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 [Ar] 4s1
wapnia Ca 20 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 [Ar] 4s2
tytanu Ti 22 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 [Ar] 4s2 3d2
manganu Mn 25 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 [Ar] 4s2 3d5
selenu Se 34 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4 [Ar] 4s2 3d10 4p4
bromu Br 35 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 [Ar] 4s2 3d10 4p5
molibdenu Mo 42 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 [Kr] 5s1 4d5
srebra Ag 47 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 [Kr] 5s1 4d10
cyny Sn 50 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p2 [Kr] 5s2 4d10 5p2
wolframu W 74 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d4 [Xe] 6s2 4f14 5d4

Jeżeli w powyższej tablicy nie znalazłeś danego pierwiastka, skorzystaj z naszej interaktywnej tablicy Mendelejewa. Są tam wyszczególnione konfiguracje elektronowe wszystkich pierwiastków.

Kształt orbitali

Funkcje falowe można poglądowo przedstawić jako wykresy gęstości prawdopodobieństwa znalezienia elektronu w przestrzeni atomu. Kątowy rozkład prawdopodobieństwa to właśnie orbital. Inaczej mówiąc w ten sposób możemy zilustrować chmury elektronowe na poszczególnych poziomach energetycznych.

Orbitale
© natros - stock.adobe.com

Konfiguracja elektronowa PDF
rozpoznawanie gadów

Pobierz kolorową tablicę w formacie pdf do wydruku, klikając na powyższą grafikę.



© medianauka.pl, 2020-05-05, ART-3772


Inne zagadnienia z tej lekcji

Równanie SchrödingeraRównanie Schrödingera
Podstawowe równanie w mechanice kwantowej nosi nazwę równania Schrödingera. Równanie to zostało sformułowane w 1926 roku prze Erwina Schrödingera, przyjmując, że cząstki mają własności falowe zgodnie z hipotezą fal materii de Broglie'a.
Liczby kwantoweLiczby kwantowe
Liczby kwantowe – liczby opisujące dyskretne wielkości fizyczne. Pojęcie to pojawiło się w fizyce wraz z odkryciem mechaniki kwantowej. Prawie wszystkie wielkości fizyczne na poziomie cząstek i atomów podlegają zjawisku kwantowania.
Zakaz PauliegoZakaz Pauliego
Żadne dwa elektrony w atomie nie mogą być opisane tym samym zestawem liczb kwantowych.
Dlaczego metale ziem rzadkich są podobne?

Dlaczego metale ziem rzadkich są podobne?

Dlaczego dwa różne pierwiastki w tablicy Mendelejewa zwykle tak bardzo różnią się od siebie i dlaczego metale ziem rzadkich są wyjątkiem?





Niektóre treści nie są dostosowane do Twojego profilu. Jeżeli jesteś pełnoletni możesz wyrazić zgodę na przetwarzanie swoich danych osobowych. W ten sposób będziesz miał także wpływ na rozwój naszego serwisu.
© ® Media Nauka 2008-2020 r.