Elektrony na powłokach elektronowych - Elektrony na powłokach elektronowych

Poniższy materiał stanowi uzupełnienie treści zawartych w materiale: https://zpe.gov.pl/a/elektrony-w-atomie/DR9n9kabN

Elektrony poruszają się wokół jądra atomowego, niektóre elektrony znajdują się bliżej, a inne dalej od niego. Oznacza to, że zajmują określone pozycje – poziomy energetyczne. Jednak w porównaniu do planet, nie jesteśmy w stanie określić jednocześnie ich dokładnego położenia i pędu. Elektrony podlegają prawom mechaniki kwantowej (działu fizyki teoretycznej), podczas gdy my na co dzień obserwujemy następstwa fizyki klasycznej. W tym materiale dowiesz się, jakie poziomy energetyczne zajmują elektrony, krążąc wokół jądra atomowego, i w jaki sposób zapisujemy je dla różnych atomów pierwiastka chemicznego.

Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:

w jaki sposób definiuje się pierwiastek chemiczny;
jak jest zbudowany atom;
w jaki sposób określa się liczbę powłok obsadzonych elektronami w atomie oraz liczbę elektronów zewnętrznej powłoki elektronowej dla pierwiastków grup: $1 .$ i $2 .$ oraz $13 . - 18 .$ ;
w jaki sposób ustala się liczbę protonów, elektronów i neutronów w atomie na podstawie liczby atomowej i masowej.

Nauczysz się

stosować pojęcia: powłoka, podpowłoka, poziom orbitalny;
stosować zasady rozmieszczania elektronów na poziomach orbitalnych, zgodnie z regułą Hunda i zakazem Pauliego;
zapisywać oraz przewidywać konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków, uwzględniając przynależność elektronów do podpowłok.

bg=white

Konfiguracje elektronowekonfiguracja elektronowaKonfiguracje elektronowe atomów możemy zapisać na różne sposoby. Do najbardziej podstawowych należy zapis graficzny oraz zapis powłokowy. Na przykład konfigurację elektronową atomu sodu możemy zapisać następująco:

R1bCWmMo67dFA

Na ilustracji ukazano zapis graficzny i powłokowy konfiguracji elektronowej atomu sodu. Zapis graficzny składa się z symbolu N a, z którego lewej strony znajduje się cyfra jedenaście w indeksie dolnym. Po symbolu N a znajduje się dwukropek, a dalej niebieskie kółko z zapisem jedenaście plus. Dalej znajduje się fragment okręgu symbolizujący powłokę z zapisem dwa e z minusem w indeksie górnym, a pod powłoką znajduje się symbol K. Dalej znajduje się drugi fragment okręgu z zapisem osiem e z minusem w indeksie górnym, a pod powłoką znajduje się symbol L. Dalej znajduje się trzeci fragment okręgu z zapisem jeden e z minusem w indeksie górnym, a pod powłoką znajduje się symbol M. Z prawej strony znajduje się zapis powłokowy: symbol N a, z którego lewej strony znajduje się cyfra jedenaście w indeksie dolnym. Po symbolu N a znajduje się dwukropek, a dalej zapis K indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, L indeks górny, osiem, koniec indeksu górnego, M indeks górny, jeden, koniec indeksu górnego. — Zapis graficzny i powłokowy konfiguracji elektronowej atomu sodu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zapisy te pokazują wyłącznie, ile elektronów mieści się na konkretnej powłoce elektronowej, a nie sposób, w jaki są one na niej rozmieszczone. Musimy bowiem pamiętać, że w obrębie powłok istnieją również podpowłoki, a w obrębie podpowłok – przestrzenie orbitalne, zwane poziomami orbitalnymi. Dlatego wprowadzony został podpowłokowy zapis konfiguracji elektronowej atomów, aby uwzględnić rodzaje podpowłok oraz orbitalny (klatkowy) zapis konfiguracji elektronowej. Dzięki temu możemy określić sposób rozmieszczenia elektronów na poszczególnych poziomach orbitalnych. Poniższe rozważania opierają się na konfiguracjach elektronowych atomów w stanie podstawowym, czyli o najmniejszej możliwej energii.

Ile elektronów mogą pomieścić powłoki elektronowe?

Maksymalną liczbę elektronów na danej powłoce możemy obliczyć ze wzoru $2 n^{2}$ , gdzie n oznacza numer powłoki. Na przykład powłokę pierwszą mogą zajmować maksymalnie $2$ elektrony, gdyż $2 \cdot 1^{2} = 2$ . Powłokę drugą może z kolei zajmować maksymalnie $8$ elektronów, gdyż $2 \cdot 2^{2} = 8$ , a powłokę trzecią – maksymalnie $18$ elektronów, gdyż $2 \cdot 3^{2} = 18$ .

Polecenie 1

Wskaż maksymalną liczbę elektronów w obrębie powłoki piątej.

RKa1xObpvvUiY

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Czym jest podpowłoka?

Podpowłoki to pewne poziomy energetyczne w obrębie danej powłoki. Każda z nich zawiera inną liczbę podpowłok, równą n (gdzie n to numer powłoki). Zatem pierwsza, oznaczona symbolem K ( $n = 1$ ), zawiera jedną podpowłokę. Powłoka L ( $n = 2$ ) zawiera z kolei dwie podpowłoki, powłoka M ( $n = 3$ ) – trzy podpowłoki itd. Poszczególnym typom podpowłok przypisujemy symbole literowe: s, p, d oraz f.

Aby określić konkretną podpowłokę, stosuje się zapis składający się z numeru powłoki ( $1$ , $2$ , $3$ ,…) oraz symbolu podpowłoki (s, p, d, f). Na przykład zapis $3 p$ oznacza podpowłokę p powłoki trzeciej, a zapis $1 s$ oznacza podpowłokę s powłoki pierwszej.

W obrębie podpowłok istnieją również przestrzenie (poziomy) orbitalne, stanowiące najmniejszy fragment przestrzeni wokół jądra atomowego, gdzie prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest największe. Poziomy te czasami nazywa się orbitalami. Jednak to określenie nie jest do końca poprawne. Przestrzenie orbitalne nie mają wyraźnych granic, gdyż dopiero w odległości nieskończenie wielkiej od jądra atomowego prawdopodobieństwo znalezienia elektronu wynosi zero. Jednak dla ułatwienia, wprowadzone zostały pewne kontury poziomów orbitalnych, na zewnątrz których prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest nikłe.

W podpowłoce typu s kształt przestrzeni orbitalnej odpowiada sferze.

Rz50HCXzhjdyx

Na ilustracji ukazano trójwymiarowy układ współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. W centrum układu znajduje się niebieski rozmyty okrąg opisany symbolem S. — Orbital s
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Poziomy orbitalne typu s różnią się od siebie wielkością. Poziom orbitalny $1 s$ ma mniejszy promień niż poziom orbitalny $2 s$ , a ten mniejszy od poziomu orbitalnego $3 s$ itd.

W podpowłoce typu p istnieją trzy poziomy orbitalne, różniące się orientacją przestrzenną.

R1JQd6iS6hlc6

Na ilustracji ukazano trzy trójwymiarowe układy współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. Na pierwszym układzie od lewej, na osi x znajdują się dwa rozmyte okręgi: turkusowy i fioletowy. Łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Okręgi opisano symbolem p indeks dolny x koniec indeksu. Na drugim układzie, na osi z znajdują się dwa rozmyte okręgi: turkusowy i fioletowy. Łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Okręgi opisano symbolem p indeks dolny y koniec indeksu. Na trzecim układzie, na osi y znajdują się dwa rozmyte okręgi: turkusowy i fioletowy. Łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Okręgi opisano symbolem p indeks dolny z koniec indeksu. — Orbitale p
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Przestrzenie orbitalne w podpowłoce p oznacza się symbolami: $p_{x}$ , $p_{y}$ oraz $p_{z}$ .

W podpowłoce typu d istnieje pięć poziomów orbitalnych, różniących się orientacją przestrzenną oraz kształtem.

RMCd0qAxGi3lQ

Na ilustracji ukazano pięć trójwymiarowych układów współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. Na pierwszym układzie od lewej znajdują się cztery rozmyte okręgi: dwa niebieskie i dwa bordowe. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na drugim układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią x, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na trzecim układzie znajdują się dwa niebieskie jeden bordowy okrąg. Niebieskie okręgi położone są wzdłuż osi z, a bordowy okrąg znajduje się w centrum układu. Wewnątrz niego znajduje się dodatkowo mniejszy, biały okrąg. Na czwartym układzie znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na piątym układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. — Orbitale d
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W podpowłoce typu f istnieje siedem poziomów orbitalnych, różniących się orientacją przestrzenną oraz kształtem.

RibrXxQZTe0LO

Na ilustracji ukazano siedem trójwymiarowych układów współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. Na pierwszym układzie od lewej znajduje się osiem rozmytych okręgów: cztery zielone i cztery fioletowe. Są one rozmieszczone naprzemiennie dookoła centrum układu. Na drugim układzie znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Umieszczone są one w okręgu pod osią y, równolegle do osi. Na trzecim układzie również znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Są one ułożone w kształt okręgu na osi x, prostopadle do osi. Na czwartym układzie znajdują się dwa zielone i dwa fioletowe okręgi. Ułożone są one naprzemiennie, wzdłuż osi z. Na środkowych okręgach znajdują się mniejsze, białe okręgi. Na piątym układzie również znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Są one ułożone w kształt okręgu na osi y, prostopadle do osi. Na szóstym układzie również znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Są one ułożone w kształt okręgu pod osią x, ukośnie do osi. Na siódmym układzie znajduje się osiem rozmytych okręgów: cztery zielone i cztery fioletowe. Są one rozmieszczone dookoła centrum układu. — Orbitale f
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

O poziomach orbitalnych w obrębie podpowłoki d oraz f będziesz się uczyć w dalszych etapach nauki.

Podsumujmy zatem powyższe informacje w tabeli.

bg=white

Numer powłoki	Symbol powłoki	Maksymalna liczba elektronów w obrębie powłoki	Liczba podpowłok	Typy przestrzeni orbitalnych
Numer powłoki	Symbol powłoki	Maksymalna liczba elektronów w obrębie powłoki	Liczba podpowłok	s	p			d	f
$1$	K	$2$	$1$	RKnGCkR1t4Z3R Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
$2$	L	$8$	$2$	R198pu9rOmM8x Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RBc2Hku5b43Dh Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RPr1tT4upCh7N Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1QkJR2RHo3MK Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
$3$	M	$18$	$3$	R1FUMwNHeQdaq Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RlbzGNmq17eVA Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RJBSnVxE8Sx1r Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1Stoosh6m0yM Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RXIDMTja64Pst Na ilustracji ukazano pięć trójwymiarowych układów współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. Na pierwszym układzie od lewej znajdują się cztery rozmyte okręgi: dwa niebieskie i dwa bordowe. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na drugim układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią x, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na trzecim układzie znajdują się dwa niebieskie jeden bordowy okrąg. Niebieskie okręgi położone są wzdłuż osi z, a bordowy okrąg znajduje się w centrum układu. Wewnątrz niego znajduje się dodatkowo mniejszy, biały okrąg. Na czwartym układzie znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na piątym układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Orbitale d Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
$4$	N	$32$	$4$	R1FYDhRd3ttb0 Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1AJDP5zSKjbi Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R2T3Kdgcwu10E Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R5SbvGcJljmTj Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1TvqG8iFfN94 Na ilustracji ukazano pięć trójwymiarowych układów współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. Na pierwszym układzie od lewej znajdują się cztery rozmyte okręgi: dwa niebieskie i dwa bordowe. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na drugim układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią x, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na trzecim układzie znajdują się dwa niebieskie jeden bordowy okrąg. Niebieskie okręgi położone są wzdłuż osi z, a bordowy okrąg znajduje się w centrum układu. Wewnątrz niego znajduje się dodatkowo mniejszy, biały okrąg. Na czwartym układzie znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na piątym układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Orbitale d Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RTdZ8ATCQC1KW Na ilustracji ukazano siedem trójwymiarowych układów współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. Na pierwszym układzie od lewej znajduje się osiem rozmytych okręgów: cztery zielone i cztery fioletowe. Są one rozmieszczone naprzemiennie dookoła centrum układu. Na drugim układzie znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Umieszczone są one w okręgu pod osią y, równolegle do osi. Na trzecim układzie również znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Są one ułożone w kształt okręgu na osi x, prostopadle do osi. Na czwartym układzie znajdują się dwa zielone i dwa fioletowe okręgi. Ułożone są one naprzemiennie, wzdłuż osi z. Na środkowych okręgach znajdują się mniejsze, białe okręgi. Na piątym układzie również znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Są one ułożone w kształt okręgu na osi y, prostopadle do osi. Na szóstym układzie również znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Są one ułożone w kształt okręgu pod osią x, ukośnie do osi. Na siódmym układzie znajduje się osiem rozmytych okręgów: cztery zielone i cztery fioletowe. Są one rozmieszczone dookoła centrum układu. Orbitale f Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Numer powłoki	Symbol powłoki	Maksymalna liczba elektronów w obrębie powłoki	Liczba podpowłok	Przestrzeń orbitalna s	Przestrzeń orbitalna p	Przestrzeń orbitalna p	Przestrzeń orbitalna p	Przestrzeń orbitalna d	Przestrzeń orbitalna f
$1$	K	$2$	$1$	RKnGCkR1t4Z3R Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	[pusta komórka]	[pusta komórka]	[pusta komórka]	[pusta komórka]	[pusta komórka]
$2$	L	$8$	$2$	R198pu9rOmM8x Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RBc2Hku5b43Dh Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RPr1tT4upCh7N Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1QkJR2RHo3MK Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	[pusta komórka]	[pusta komórka]
$3$	M	$18$	$3$	R1FUMwNHeQdaq Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RlbzGNmq17eVA Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RJBSnVxE8Sx1r Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1Stoosh6m0yM Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RXIDMTja64Pst Na ilustracji ukazano pięć trójwymiarowych układów współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. Na pierwszym układzie od lewej znajdują się cztery rozmyte okręgi: dwa niebieskie i dwa bordowe. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na drugim układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią x, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na trzecim układzie znajdują się dwa niebieskie jeden bordowy okrąg. Niebieskie okręgi położone są wzdłuż osi z, a bordowy okrąg znajduje się w centrum układu. Wewnątrz niego znajduje się dodatkowo mniejszy, biały okrąg. Na czwartym układzie znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na piątym układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Orbitale d Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	[pusta komórka]
$4$	N	$32$	$4$	R1FYDhRd3ttb0 Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1AJDP5zSKjbi Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R2T3Kdgcwu10E Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R5SbvGcJljmTj Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1TvqG8iFfN94 Na ilustracji ukazano pięć trójwymiarowych układów współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. Na pierwszym układzie od lewej znajdują się cztery rozmyte okręgi: dwa niebieskie i dwa bordowe. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na drugim układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią x, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na trzecim układzie znajdują się dwa niebieskie jeden bordowy okrąg. Niebieskie okręgi położone są wzdłuż osi z, a bordowy okrąg znajduje się w centrum układu. Wewnątrz niego znajduje się dodatkowo mniejszy, biały okrąg. Na czwartym układzie znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się nad i pod osią y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Na piątym układzie również znajdują się dwa niebieskie i dwa bordowe okręgi. Znajdują się one na płaszczyźnie, na której przecinają się osie x i y, a łączą się one ze sobą w punkcie przecięcia wszystkich osi. Orbitale d Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RTdZ8ATCQC1KW Na ilustracji ukazano siedem trójwymiarowych układów współrzędnych z osiami opisanymi jako x, y i z. Na pierwszym układzie od lewej znajduje się osiem rozmytych okręgów: cztery zielone i cztery fioletowe. Są one rozmieszczone naprzemiennie dookoła centrum układu. Na drugim układzie znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Umieszczone są one w okręgu pod osią y, równolegle do osi. Na trzecim układzie również znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Są one ułożone w kształt okręgu na osi x, prostopadle do osi. Na czwartym układzie znajdują się dwa zielone i dwa fioletowe okręgi. Ułożone są one naprzemiennie, wzdłuż osi z. Na środkowych okręgach znajdują się mniejsze, białe okręgi. Na piątym układzie również znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Są one ułożone w kształt okręgu na osi y, prostopadle do osi. Na szóstym układzie również znajduje się sześć rozmytych okręgów: trzy zielone i trzy fioletowe. Są one ułożone w kształt okręgu pod osią x, ukośnie do osi. Na siódmym układzie znajduje się osiem rozmytych okręgów: cztery zielone i cztery fioletowe. Są one rozmieszczone dookoła centrum układu. Orbitale f Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Rozmieszczenie elektronów w poziomach orbitalnych możemy przedstawić również w postaci graficznej, gdzie każdy poziom orbitalny odpowiada jednej klatce rysowanej jako kwadrat. W każdym poziomie orbitalnym znajdują się maksymalnie dwa elektrony. Jeden z nich zaznacza się symbolem strzałki skierowanej w górę $(↑)$ , a drugi – symbolem strzałki skierowanej w dół $(↓)$ , ze względu na różniący oba elektrony spin, czyli tak zwany kręt wewnętrzny. Wartość spinu elektronu jest jego podstawową cechą, obok masy i ładunku, wynoszącą $\frac{1}{2} (↑)$ bądź $- \frac{1}{2} (↓)$ .

RrYurZukShuYN

Na ilustracji ukazano tabelę składającą się z czterech wierszy i dwóch kolumn. W pierwszej kolumnie zapisano nazwę podpowłoki, a w drugiej kolumnie znajduje się graficzne przedstawienie rozmieszczenia elektronów. Pierwsza podpowłoka to s, a jej zapis graficzny to kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Druga podpowłoka to p, a jej zapis graficzny to trzy kwadraty, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Trzecia podpowłoka to d, a jej zapis graficzny to pięć kwadratów, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Czwarta podpowłoka to f, a jej zapis graficzny to siedem kwadratów, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. — Graficzne przedstawienie rozmieszczenia elektronów w poziomach orbitalnych
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W jaki sposób krok po kroku zapisać podpowłokową konfigurację elektronową?

Konfigurację podpowłokową zapisuje się w ciągu symboli oznaczonych jako:

{np}^{a}

gdzie n oznacza numer powłoki, p – symbol podpowłoki a, a – liczbę elektronów w obrębie podpowłoki.

Przykładowo, zapis $1 s^{2}$ , czytane jako „ jeden es dwa”, oznacza $2$ elektrony rozmieszczone w podpowłoce s powłoki pierwszej.

bg‑white

W obrębie powłoki pierwszej, o symbolu K, mieści się jedna podpowłoka oznaczana symbolem $1 s$ . Podpowłokę $1 s$ stanowi jeden poziom orbitalny, oznaczany również jako $1 s$ .

Elektrony atomów pierwiastków, należących do pierwszego okresu układu okresowego, rozmieszczone są na pierwszej powłoce. Do pierwiastków pierwszego okresu należy wodór oraz hel. Spójrzmy, w jaki sposób zapisuje się dla nich podpowłokową konfigurację elektronową.

${}_{1}H : 1 s^{1}$

${}_{2}{He} : 1 s^{2}$

gdzie $1$ oznacza nr powłoki, $s$ – symbol podpowłoki, a liczba w indeksie górnym $(1, 2)$ – liczbę elektronów w obrębie tej podpowłoki.

Rozmieszczenie elektronów możemy również zapisać w postaci graficznej, która pokazuje, w jaki sposób elektrony rozmieszczone są na danych poziomach orbitalnych w obrębie podpowłok. Uzyskujemy wówczas tak zwaną konfigurację orbitalną (klatkową), która dla atomu wodoru i helu jest następująca:

Rafq5o4Lzw54h

Na ilustracji ukazano konfigurację orbitalną atomu wodoru i helu. Konfiguracja orbitalna atomu wodoru: indeks dolny jeden koniec indeksu H dwukropek kwadrat, w którym znajduje się strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis jeden s. Konfiguracja orbitalna atomu helu: indeks dolny dwa koniec indeksu H e dwukropek kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis jeden s. — Konfiguracja orbitalna (klatkowa) atomu wodoru i helu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑white

W obrębie powłoki drugiej, o symbolu L, mieszczą się dwie podpowłoki oznaczane literą $2 s$ oraz $2 p$ . Podpowłokę $2 s$ stanowi jeden orbital oznaczany jako $2 s$ . Z kolei podpowłokę $2 p$ stanowią trzy orbitale oznaczane jako: $2 p_{x}$ , $2 p_{y}$ , $2 p_{z}$ . Na powłoce drugiej mieści się maksymalnie $8$ elektronów. Wiemy również, że na jednym poziomie orbitalnym mieszczą się maksymalnie $2$ elektrony. Zatem w obrębie podpowłoki $2 s$ możemy rozmieścić tylko $2$ elektrony, a w obrębie podpowłoki $2 p$ – $6$ elektronów, na trzech poziomach orbitalnych.

R1bsrls040oFS

Na górze ilustracji znajduje się zapis dwa s indeks górny dwa koniec indeksu i dwa p indeks górny sześć koniec indeksu. Poniżej, z lewej strony, znajduje się kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa s. Z prawej strony znajdują się trzy kwadraty, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. — Rozmieszczenie elektronów na powłokach $2 s$ i $2 p$
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W drugim okresie znajduje się osiem pierwiastków. Ich podpowłokowe konfiguracje elektronowe zapisujemy następująco:

$[{}_{3}{Li}] : 1 s^{2} 2 s^{1}$ ;

$[{}_{4}{Be}] : 1 s^{2} 2 s^{2}$ ;

$[{}_{5}B] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{1}$ ;

$[{}_{6}C] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{2}$ ;

$[{}_{7}N] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{3}$ ;

$[{}_{8}O] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{4}$ ;

$[{}_{9}F] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{5}$ ;

$[{}_{10}{Ne}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6}$ .

Natomiast rozmieszczenie elektronów w poziomach orbitalnych (klatkach) dla pierwiastków drugiego okresu zapisujemy następująco:

R1HxrO70NFss6

Na ilustracji ukazano rozmieszczenie elektronów w poziomach orbitalnych dla pierwiastków drugiego okresu. Konfiguracja orbitalna atomu litu: indeks dolny trzy koniec indeksu L i dwukropek dwa kwadraty. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis dwa s. Konfiguracja orbitalna atomu berylu: indeks dolny cztery koniec indeksu B e dwukropek dwa kwadraty, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod pierwszym kwadratem znajduje się zapis jeden s, a pod drugim dwa s. Konfiguracja orbitalna atomu boru: indeks dolny pięć koniec indeksu B dwukropek pięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w pierwszym z nich znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis dwa p. Konfiguracja orbitalna atomu węgla: indeks dolny sześć koniec indeksu C dwukropek pięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w pierwszym i drugim znajduje się po jednej strzałce skierowanej w górę. Pod spodem zapis dwa p. Konfiguracja orbitalna atomu azotu: indeks dolny siedem koniec indeksu N dwukropek pięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajduje się po jednej strzałce skierowanej w górę. Pod spodem zapis dwa p. Konfiguracja orbitalna atomu tlenu: indeks dolny osiem koniec indeksu O dwukropek pięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, w pierwszym z nich znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, a w pozostałych kwadratach znajduje się po jednej strzałce skierowanej w górę. Pod spodem zapis dwa p. Konfiguracja orbitalna atomu fluoru: indeks dolny dziewięć koniec indeksu F dwukropek pięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, w pierwszym i drugim z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, a w trzecim kwadracie znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis dwa p. Konfiguracja orbitalna atomu neonu: indeks dolny dziesięć koniec indeksu N e dwukropek pięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. — Rozmieszczenie elektronów w poziomach orbitalnych (klatkach) dla pierwiastków drugiego okresu
Źródło: licencja: CC BY-SA 3.0.

Należy przy tym pamiętać o kolejności zapełniania poziomów orbitalnych przez elektrony. Decyduje o tym reguła Hunda, według której liczba niesparowanych elektronów w obrębie danej podpowłoki musi być możliwie jak największa. Natomiast pary elektronowe $(⇅)$ tworzą się dopiero po zapełnieniu wszystkich orbitali danej podpowłoki przez elektrony niesparowane. Należy również pamiętać, że niesparowane elektrony muszą mieć tą samą orientację (np. wszystkie niesparowane elektrony rysujemy jako strzałkę skierowaną w górę).

bg‑white

Na powłoce trzeciej, którą oznaczamy literą M, mieści się maksymalnie $18$ elektronów – $2$ elektrony rozmieszczone są w obrębie podpowłoki $3 s$ , $6$ elektronów – w obrębie podpowłoki $3 p$ , a pozostałe $10$ elektronów – w obrębie podpowłoki $3 d$ .

R9hVDy0ZjMTQT

Na górze ilustracji znajduje się zapis trzy s indeks górny dwa koniec indeksu, trzy p indeks górny sześć koniec indeksu i trzy d indeks górny dziesięć koniec indeksu. Poniżej, z lewej strony, znajduje się kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Z prawej strony znajdują się trzy kwadraty, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. Dalej znajduje się pięć kwadratów, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy d. — Rozmieszczenie elektronów na powłokach $3 s$ , $3 p$ i $3 d$
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zauważ, że w trzecim okresie umieszczonych jest tylko $8$ pierwiastków. Pozostałe $10$ znajduje się w czwartym okresie, w grupach od $3 .$ do $12 .$ Takie rozmieszczenie pierwiastków w układzie okresowym wynika z różnic wartości energii danych podpowłok. Bowiem podpowłoka $4 s$ ma niższą energię (znajduje się bliżej jądra atomowego) niż podpowłoka $3 d$ .

W jaki sposób zapiszemy zatem podpowłokową konfigurację elektronową dla pierwiastków trzeciego okresu?

Pamiętajmy, że wszystkie pierwiastki trzeciego okresu mają również elektrony rozmieszczonej na powłokach i podpowłokach o niższych wartościach energii, które należy uwzględnić w zapisie, jak poniżej:

$[{}_{11}{Na}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{1}$ ;

$[{}_{12}{Mg}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2}$ ;

$[{}_{13}{Al}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{1}$ ;

$[{}_{14}{Si}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{2}$ ;

$[{}_{15}P] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{3}$ ;

$[{}_{16}S] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{4}$ ;

$[{}_{17}{Cl}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{5}$ ;

$[{}_{18}{Ar}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6}$ .

Rozmieszczenie elektronów w poziomach orbitalnych dla pierwiastków trzeciego okresu zapisujemy następująco:

R70gWW0hioEu9

Konfiguracja orbitalna atomu sodu: indeks dolny jedenaście koniec indeksu N a dwukropek sześć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis trzy s. Konfiguracja orbitalna atomu magnezu: indeks dolny dwanaście koniec indeksu M g dwukropek sześć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Konfiguracja orbitalna atomu glinu: indeks dolny trzynaście koniec indeksu A l dwukropek dziewięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Na końcu znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty, a w pierwszym z nich znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis trzy p. Konfiguracja orbitalna atomu krzemu: indeks dolny czternaście koniec indeksu S i dwukropek dziewięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Na końcu znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty, a w pierwszym i drugim z nich znajduje się po jednej strzałce skierowanej w górę. Pod spodem zapis trzy p. Konfiguracja orbitalna atomu fosforu: indeks dolny piętnaście koniec indeksu P dwukropek dziewięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Na końcu znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty, a w każdym z nich znajduje się po jednej strzałce skierowanej w górę. Pod spodem zapis trzy p. Konfiguracja orbitalna atomu siarki: indeks dolny szesnaście koniec indeksu S dwukropek dziewięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Na końcu znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W pierwszym z nich znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, a w pozostałych dwóch znajduje się po jednej strzałce skierowanej w górę. Pod spodem zapis trzy p. Konfiguracja orbitalna atomu chloru: indeks dolny siedemnaście koniec indeksu C l dwukropek dziewięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Na końcu znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W pierwszym i drugim z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, a w trzecim kwadracie znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis trzy p. Konfiguracja orbitalna atomu argonu: indeks dolny osiemnaście koniec indeksu A r dwukropek dziewięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Na końcu znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. — Rozmieszczenie elektronów w poziomach orbitalnych dla pierwiastków trzeciego okresu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pozostałe $10$ elektronów dotyczy atomów od skandu do cynku, zajmujących podpowłokę $3 d$ . Pierwiastki te uwzględnione zostaną w rozważaniach dotyczących czwartego okresu.

bg‑white

Na powłoce czwartej, którą oznaczamy literą N, mieszczą się maksymalnie $32$ elektrony – $2$ elektrony rozmieszczone są w obrębie podpowłoki $4 s$ , $6$ elektronów – w obrębie podpowłoki $4 p$ , kolejne $10$ elektronów – w obrębie podpowłoki $4 d$ . Pozostałe $14$ elektronów rozmieszczonych jest w obrębie podpowłoki $4 f$ .

RrxiNK03rMuUF

Na górze ilustracji znajduje się zapis cztery s indeks górny dwa koniec indeksu, cztery p indeks górny sześć koniec indeksu, cztery d indeks górny dziesięć koniec indeksu i cztery f indeks górny czternaście koniec indeksu. Poniżej, z lewej strony, znajduje się kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery s. Z prawej strony znajdują się trzy kwadraty, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery p. Dalej znajduje się pięć kwadratów, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery d. Na końcu znajduje się siedem kwadratów, w których znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery f. — Rozmieszczenie elektronów na powłokach $4 s$ , $4 p$ , $4 d$ i $4 f$
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W czwartym okresie umieszczonych jest $18$ pierwiastków. Elektrony dziesięciu z nich (od skandu do cynku) należą do podpowłoki $3 d$ . Jednak elektrony podpowłok $4 p$ oraz $4 f$ należą do pierwiastków leżących w piątym i szóstym okresie układu okresowego.

Rozmieszczenie elektronów w podpowłokach dla pierwiastków czwartego okresu zapisujemy następująco:

$[{}_{19}K] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{1}$ ;

$[{}_{20}{Ca}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2}$ ;

$[{}_{21}{Sc}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{1}$ ;

$[{}_{22}{Ti}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{2}$ ;

$[{}_{23}V] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{3}$ ;

$[{}_{24}{Cr}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{1} 3 d^{5}$ ;

$[{}_{25}{Mn}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{5}$ ;

$[{}_{26}{Fe}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{6}$ ;

$[{}_{27}{Co}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{7}$ ;

$[{}_{28}{Ni}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{8}$ ;

$[{}_{29}{Cu}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{1} 3 d^{10}$ ;

$[{}_{30}{Zn}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{10}$ ;

$[{}_{31}{Ga}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{1}$ ;

$[{}_{32}{Ge}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{2}$ ;

$[{}_{33}{As}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{3}$ ;

$[{}_{34}{Se}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{4}$ ;

$[{}_{35}{Br}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{5}$ ;

$[{}_{36}{Kr}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{6}$ .

bg‑white

W atomach pierwiastków, których elektrony walencyjneelektrony walencyjneelektrony walencyjne zaznaczono na czerwono, czyli w atomach chromu i miedzi, dochodzi do zmiany konfiguracji elektronowej, czyli tak zwanej promocji elektronowej. Dla atomu chromu oczekiwalibyśmy następującej konfiguracji elektronowej elektronów walencyjnych: $4 s^{2} 3 d^{4}$ . Jednak jeden z elektronów podpowłoki $4 s$ przechodzi do podpowłoki $3 d$ . Uzyskujemy wówczas konfigurację $4 s^{1} 3 d^{5}$ . Podobnie dla atomu miedzi – oczekiwalibyśmy następującej konfiguracji elektronowej elektronów walencyjnych: $4 s^{2} 3 d^{9}$ . Jednak jeden z elektronów podpowłoki $4 s$ przechodzi do podpowłoki $3 d$ . Uzyskujemy wówczas konfigurację $4 s^{1} 3 d^{10}$ . Połowicznie lub całkowicie zapełniona podpowłoka $3 d$ stanowi energetycznie korzystny układ. Otrzymujemy wówczas konfiguracje elektronową o całkowitej niższej energii.

Rozmieszczenie elektronów w poziomach orbitalnych dla wybranych pierwiastków czwartego okresu zapisujemy następująco:

R1cHrp4oRP9R4

Konfiguracja orbitalna atomu potasu: indeks dolny dziewiętnaście koniec indeksu K dwukropek dziesięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Dalej znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. Na końcu znajduje się jeden kwadrat, w którym znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis cztery s. Konfiguracja orbitalna atomu wapnia: indeks dolny dwadzieścia koniec indeksu C a dwukropek dziesięć kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Dalej znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. Na końcu znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery s. Konfiguracja orbitalna atomu skandu: indeks dolny dwadzieścia jeden koniec indeksu S c dwukropek piętnaście kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Dalej znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery s. Na końcu znajduje się pięć połączonych ze sobą kwadratów, a w pierwszym z nich znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis trzy d. Konfiguracja orbitalna atomu tytanu: indeks dolny dwadzieścia dwa koniec indeksu T i dwukropek piętnaście kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Dalej znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery s. Na końcu znajduje się pięć połączonych ze sobą kwadratów, a w pierwszym i w drugim z nich znajduje się po jednej strzałce skierowanej w górę. Pod spodem zapis trzy d. Wielokropek. Konfiguracja orbitalna atomu chromu: indeks dolny dwadzieścia cztery koniec indeksu C r dwukropek piętnaście kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Dalej znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis cztery s. Na końcu znajduje się pięć połączonych ze sobą kwadratów, a w każdym z nich znajduje się po jednej strzałce skierowanej w górę. Pod spodem zapis trzy d. Wielokropek. Konfiguracja orbitalna atomu miedzi: indeks dolny dwadzieścia dziewięć koniec indeksu C u dwukropek piętnaście kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Dalej znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajduje się jedna strzałka skierowana w górę. Pod spodem zapis cztery s. Na końcu znajduje się pięć połączonych ze sobą kwadratów, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy d. Wielokropek. Konfiguracja orbitalna atomu arsenu: indeks dolny trzydzieści trzy koniec indeksu A s dwukropek osiemnaście kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Dalej znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery s. Dalej znajduje się pięć połączonych ze sobą kwadratów, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy d. Na końcu znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty, a w każdym z nich znajduje się po jednej strzałce skierowanej w górę. Pod spodem zapis cztery p. Wielokropek. Konfiguracja orbitalna atomu kryptonu: indeks dolny trzydzieści sześć koniec indeksu K r dwukropek osiemnaście kwadratów. W pierwszym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis jeden s. W drugim znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół, pod spodem zapis dwa s. Trzy następne kwadraty są połączone ze sobą, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis dwa p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy s. Dalej znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty. W każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy p. Dalej znajduje się jeden kwadrat, w którym znajdują się dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery s. Dalej znajduje się pięć połączonych ze sobą kwadratów, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis trzy d. Na końcu znajdują się trzy połączone ze sobą kwadraty, a w każdym z nich znajdują się po dwie strzałki: jedna skierowana w górę i jedna skierowana w dół. Pod spodem zapis cztery p. — Rozmieszczenie elektronów w poziomach orbitalnych dla wybranych pierwiastków czwartego okresu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W kolejnych powłokach zapełnianie elektronami poziomów orbitalnych w podpowłokach jest analogiczne. Jednak należy pamiętać o kolejności zapełniania podpowłok, którą można przedstawić schematycznym rysunkiem:

R1BhP2dK3Dcjz

Na ilustracji ukazano schematyczny rysunek obrazujący kolejność zapełniania podpowłok. Z lewej strony znajduje się strzałka skierowana w dół podpisana jako: Energia. Z prawej strony strzałki znajduje się schemat. Podpowłoki opisane tymi samymi literami znajdują się w jednej kolumnie. Pierwsza od góry jest podpowłoka jeden s, składająca się z jednego kwadratu. Od niej odchodzi strzałka w dół do podpowłoki dwa s, która również składa się z jednego kwadratu. Od podpowłoki dwa s odchodzi strzałka na ukos w prawo do podpowłoki dwa p, składającej się z trzech kwadratów. Od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki trzy s, składającej się z jednego kwadratu. Od podpowłoki trzy s odchodzi strzałka na ukos w prawo do podpowłoki trzy p, składającej się z trzech kwadratów. Od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki cztery s, składającej się z jednego kwadratu. Od tej podpowłoki odchodzi strzałka w prawo do podpowłoki trzy d, która składa się z pięciu kwadratów. Od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki cztery p, składającej się z trzech kwadratów, a od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki pięć s, składającej się z jednego kwadratu. Od tej podpowłoki odchodzi strzałka w prawo do podpowłoki cztery d, która składa się z pięciu kwadratów. Od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki pięć p, składającej się z trzech kwadratów, a od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki sześć s, składającej się z jednego kwadratu. Od tej podpowłoki odchodzi strzałka w prawo do podpowłoki cztery f, która składa się z siedmiu kwadratów. Od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki pięć d, składającej się z pięciu kwadratów. Od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki sześć p, składającej się z trzech kwadratów, a od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki siedem s, składającej się z jednego kwadratu. Od tej podpowłoki odchodzi strzałka w prawo do podpowłoki pięć f, która składa się z siedmiu kwadratów. Od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki sześć d, składającej się z pięciu kwadratów, a od niej odchodzi strzałka na ukos w lewo do podpowłoki siedem p, składającej się z trzech kwadratów. — Schematyczny rysunek ukazujący kolejność zapełniania podpowłok
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Rozmieszczenie elektronów w atomie można również przedstawić w postaci skróconego zapisu. Polega on na zapisaniu symbolu gazu szlachetnego, poprzedzającego dany pierwiastek chemiczny w układzie okresowym. Symbol ten zastępuje jego konfigurację elektronową. Za symbolem gazu szlachetnego zapisujemy pozostały fragment konfiguracji elektronowej.

Na przykład gazem szlachetnym, poprzedzającym magnez ( $Mg$ ), jest neon ( $Ne$ ). Dlatego zamiast pełnego zapisu:

${}_{24}{Mg} : \underset{[{}_{10}{Ne}]}{\underset{⏟}{1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6}}} 3 s^{2}$

możemy zastosować zapis skrócony:

${}_{24}{Mg} : [{}_{10}{Ne}] 3 s^{2}$

Gazem szlachetnym, poprzedzającym brom ( $Br$ ), jest argon ( $Ar$ ). Dlatego zamiast pełnego zapisu:

${}_{35}{Br} : \underset{[{}_{18}{Ar}]}{\underset{⏟}{1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6}}} 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{5}$

możemy zastosować zapis skrócony:

${}_{35}{Br} : [{}_{18}{Ar}] 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{5}$

Polecenie 2

Zaznacz, który z poniższych zapisów przedstawia skróconą podpowłokową konfigurację elektronową atomu tlenu.

ROc4QSxVV9Jbf

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Aplikacja

RboaatQVGTqay1

Aplikacja przedstawia zapisywanie konfiguracji elektronowej w różnych formach przy wykorzystaniu układu okresowego.

Pierwszym elementem aplikacji jest konfiguracja elektronowa atomów. Część ta skupia się na zrozumieniu, jak elektrony są rozmieszczone w atomach. Można wybrać typ zapisu konfiguracji elektronowej: zapis pełny podpowłokowy, zapis pełny powłokowy, zapis skrócony (z rdzeniem gazu szlachetnego) lub zapis graficzny (klatkowy).

1. Zapis pełny podpowłokowy.

Przykłady:

Wybrany pierwiastek: Potas $K$
Poprawny zapis: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{1}$
Wybrany pierwiastek: Żelazo $Fe$
Poprawny zapis: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{6}$
Wybrany pierwiastek: Chlor $Cl$
Poprawny zapis: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{5}$

2. Zapis pełny powłokowy.

Przykłady:

Wybrany pierwiastek: Potas $K$
Poprawny zapis: $K^{2} L^{8} M^{8} N^{1}$
Wybrany pierwiastek: Żelazo $Fe$
Poprawny zapis: $K^{2} L^{8} M^{14} N^{2}$
Wybrany pierwiastek: Chlor $Cl$
Poprawny zapis: $K^{2} L^{8} M^{7}$

3. Zapis skrócony (z rdzeniem gazu szlachetnego).

W pierwszym kroku z układu okresowego pierwiastków chemicznych wybiera się atom, którego konfigurację elektronową chce się zapisać. Do wyboru jest dowolny pierwiastek z pierwszych 38 pierwiastków układu okresowego.
Wybrany pierwiastek: Beryl $Be$
W drugim kroku należy stworzyć poprawny zapis skrócony dla wybranego atomu. Pamiętając, żeby poprawnie ustalić zapis skrócony należy wskazać najbliższy gaz szlachetny poprzedzający analizowany pierwiastek w układzie okresowym.
Zapis należy rozpocząć od wyboru jednego spośród dostępnych gazów szlachetnych, są to: ${}_{2}{He}$ , ${}_{10}{Ne}$ , ${}_{18}{Ar}$ , ${}_{36}{Kr}$ . Wybierając symbol odpowiedniego gazu szlachetnego należy pamiętać, że atom tego gazu powinien mieć liczbę atomową równą lub mniejszą od liczby elektronów zawartych w jonie analizowanego pierwiastka.
Poprawny zapis: $[{}_{2}{He}] 2 s^{2}$

Przykłady:

Wybrany pierwiastek: Potas $K$
Poprawny zapis: $[{}_{18}{Ar}] 4 s^{1}$
Wybrany pierwiastek: Żelazo $Fe$
Poprawny zapis: $[{}_{18}{Ar}] 4 s^{2} 3 d^{6}$
Wybrany pierwiastek: Chlor $Cl$
Poprawny zapis: $[{}_{10}{Ne}] 3 s^{2} 3 p^{5}$

4. Zapis graficzny (klatkowy).

Przykłady:

Wybrany pierwiastek: Potas $K$
Poprawny zapis: $\underset{1 s}{↑ ↓} \underset{2 s}{↑ ↓} \underset{2 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓} \underset{3 s}{↑ ↓} \underset{3 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓} \underset{4 s}{↑}$
Wybrany pierwiastek: Żelazo $Fe$
Poprawny zapis: $\underset{1 s}{↑ ↓} \underset{2 s}{↑ ↓} \underset{2 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓} \underset{3 s}{↑ ↓} \underset{3 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓} \underset{4 s}{↑} \underset{3 d}{↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑}$
Wybrany pierwiastek: Chlor $Cl$
Poprawny zapis: $\underset{1 s}{↑ ↓} \underset{2 s}{↑ ↓} \underset{2 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓} \underset{3 s}{↑ ↓} \underset{3 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑}$

Drugim elementem aplikacji jest konfiguracja elektronowa jonów. Temat ten jest bardziej zaawansowany, dotyczy tego jak elektrony są rozmieszczone w jonach. W tym przypadku również można wybrać typ zapisu konfiguracji elektronowej: zapis pełny podpowłokowy, zapis pełny powłokowy, zapis skrócony ( z rdzeniem gazu szlachetnego) lub zapis graficzny (klatkowy).

1. Zapis pełny podpowłokowy.

W pierwszym kroku należy wybrać symbol jonu prostego, którego konfiguracja będzie rozpisywana.
Wybrany jon: ${Li}^{+}$
Następnie należy zapisać pełną konfigurację podpowłokową dla wybranego jonu.
Poprawny zapis: $1 s^{2}$

Przykłady:

Wybrany jon: $K^{+}$
Poprawny zapis: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6}$
Wybrany jon: ${Fe}^{3 +}$
Poprawny zapis: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{5}$
Wybrany jon: ${Cl}^{-}$
Poprawny zapis: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6}$

2. Zapis pełny powłokowy.

W pierwszym kroku należy wybrać symbol jonu prostego, którego konfiguracja będzie rozpisywana.
Wybrany jon: ${Li}^{+}$ W drugim kroku należy zapisać pełną konfigurację powłokową dla wybranego jonu.
Poprawny zapis: $K^{2}$

Przykłady:

Wybrany jon: $K^{+}$
Poprawny zapis: $K^{2} L^{8} M^{8}$
Wybrany jon: ${Fe}^{3 +}$
Poprawny zapis: $K^{2} L^{8} M^{13}$
Wybrany jon: ${Cl}^{-}$
Poprawny zapis: $K^{2} L^{8} M^{8}$

3. Zapis skrócony (z rdzeniem gazu szlachetnego).

W pierwszym kroku należy wybrać symbol jonu prostego, którego konfiguracja będzie rozpisywana.
Wybrany jon: ${Li}^{+}$
W drugim kroku należy stworzyć poprawny zapis skrócony dla wybranego jonu. Pamiętając, żeby poprawnie ustalić zapis skrócony należy wskazać najbliższy gaz szlachetny poprzedzający analizowany pierwiastek w układzie okresowym.
Zapis należy rozpocząć od wyboru jednego spośród dostępnych gazów szlachetnych, są to: ${}_{2}{He}$ , ${}_{10}{Ne}$ , ${}_{18}{Ar}$ , ${}_{36}{Kr}$ . Wybierając symbol odpowiedniego gazu szlachetnego należy pamiętać, że atom tego gazu powinien mieć liczbę atomową równą lub mniejszą od liczby elektronów zawartych w jonie analizowanego pierwiastka.
Poprawny zapis: $[{}_{2}{He}]$

Przykłady:

Wybrany jon: $K^{+}$
Poprawny zapis: $[{}_{18}{Ar}]$
Wybrany jon: ${Fe}^{3 +}$
Poprawny zapis: $[{}_{18}{Ar}] 3 d^{5}$
Wybrany jon: ${Cl}^{-}$
Poprawny zapis: $[{}_{10}{Ne}] 3 s^{2} 3 p^{6}$

4. Zapis graficzny (klatkowy).

W pierwszym kroku należy wybrać symbol jonu prostego, którego konfiguracja będzie rozpisywana.
Wybrany jon: ${Li}^{+}$
W drugim kroku należy stworzyć zapis graficzny (klatkowy).
Poprawny zapis: $\underset{1 s}{↑ ↓}$

Przykłady:

Wybrany jon: $K^{+}$
Poprawny zapis: $\underset{1 s}{↑ ↓} \underset{2 s}{↑ ↓} \underset{2 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓} \underset{3 s}{↑ ↓} \underset{3 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓}$
Wybrany jon: ${Fe}^{3 +}$
Poprawny zapis: $\underset{1 s}{↑ ↓} \underset{2 s}{↑ ↓} \underset{2 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓} \underset{3 s}{↑ ↓} \underset{3 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓} \underset{3 d}{↑ ↑ ↑ ↑ ↑}$
Wybrany jon: ${Cl}^{-}$
Poprawny zapis: $\underset{1 s}{↑ ↓} \underset{2 s}{↑ ↓} \underset{2 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓} \underset{3 s}{↑ ↓} \underset{3 p}{↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓}$

Polecenie 3

Wskaż symbol pierwiastka, którego konfigurację elektronową przedstawiono poniżej:

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

Rx3XBNoq9jQp0

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 4

Dokończ poniższy zapis podpowłokowej konfiguracji elektronowej atomu krzemu, wstawiając odpowiednie liczby elektronów w puste miejsca.

R1aU5aZG34kv2

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Rtby5uHiH2NvZ

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 5

Ułóż podane symbole podpowłok w kolejności ich zapełniania przez elektrony.

RtIPexN29m2Ey

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

elektrony walencyjne

elektrony poruszające się w zewnętrznej (często położonej najdalej od jądra atomowego; ostatniej) powłoce elektronowej w atomie

konfiguracja elektronowa

rozmieszczenie elektronów w atomie

powłoka walencyjna

powłoka, na której znajdują się elektrony walencyjne, często ostatnia (najbardziej zewnętrzna) powłoka elektronowa w atomie

Ćwiczenia

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

R1AP2DgkqUj0m

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 2

Poniżej przedstawiono konfigurację orbitalną (zapis klatkowy) pewnego pierwiastka chemicznego.

Rux08k11rfmYC

Ilustracja — Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RGBxYaTnATt5N

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Poniżej przedstawiono konfigurację elektronową pewnego pierwiastka chemicznego.

1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{2}

R1KtaIaJMujm3

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 3

Wskaż symbol pierwiastka, którego konfigurację elektronową przedstawiono poniżej:

1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{4}

RMmjSzpLoika8

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 4

R1Ls0ERbTV70A

Połącz w pary symbol pierwiastka z zapisem jego pełnej podpowłokowej konfiguracji elektronowej. O Możliwe odpowiedzi: 1. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu, 2. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny jeden koniec indeksu, 3. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu, 4. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu cztery s indeks górny jeden koniec indeksu, 5. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny cztery koniec indeksu N a Możliwe odpowiedzi: 1. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu, 2. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny jeden koniec indeksu, 3. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu, 4. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu cztery s indeks górny jeden koniec indeksu, 5. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny cztery koniec indeksu K Możliwe odpowiedzi: 1. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu, 2. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny jeden koniec indeksu, 3. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu, 4. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu cztery s indeks górny jeden koniec indeksu, 5. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny cztery koniec indeksu A r Możliwe odpowiedzi: 1. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu, 2. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny jeden koniec indeksu, 3. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu, 4. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu cztery s indeks górny jeden koniec indeksu, 5. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny cztery koniec indeksu M g Możliwe odpowiedzi: 1. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu, 2. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny jeden koniec indeksu, 3. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu, 4. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny sześć koniec indeksu trzy s indeks górny dwa koniec indeksu trzy p indeks górny sześć koniec indeksu cztery s indeks górny jeden koniec indeksu, 5. jeden s indeks górny dwa koniec indeksu dwa s indeks górny dwa koniec indeksu dwa p indeks górny cztery koniec indeksu

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 5

Zapisz pełną podpowłokową konfigurację elektronową atomu chloru.

R17hPzJ4LxVVp

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pamiętaj, że kolejność zapełniania podpowłok elektronami jest następująca: $1 s$ , $2 s$ , $2 p$ , $3 s$ , $3 p$ , $4 s$ , $3 d$ , $4 p$ , $5 s$ , itd...

$[{}_{17}{Cl}] : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{5}$

R4GLnWr2F0DZh2

Ćwiczenie 5

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 6

Uzupełnij zapis orbitalny pełnej konfiguracji elektronowej (zapis klatkowy) atomu manganu, wstawiając strzałki $(⇅)$ w odpowiednie miejsca.

RVSsc0EJiXRJg

RxQ7rtj7s0jhq

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pamiętaj o stosowaniu reguły Hunda, według której liczba niesparowanych elektronów, w obrębie danej podpowłoki, musi być możliwie jak największa. Pary elektronowe $(⇅)$ tworzą się dopiero po zapełnieniu wszystkich orbitali danej podpowłoki przez elektrony niesparowane. Niesparowane elektrony muszą mieć tą samą orientację (np. wszystkie niesparowane elektrony rysujemy jako strzałkę skierowaną w górę).

RpehWTItWzkqm2

Ćwiczenie 6

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 7

Pewien pierwiastek chemiczny ma następującą podpowłokową konfigurację elektronową:

1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{5}

Ile poziomów orbitalnych jest całkowicie zajętych przez elektrony?

RKkKea8OZIYNt

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 7

Pewien pierwiastek chemiczny ma następującą podpowłokową konfigurację elektronową:

1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{5}

Ile poziomów orbitalnych jest całkowicie zajętych przez elektrony?

R1JLMBOpccv9i

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 8

Zapisz pełną orbitalną konfigurację elektronową (zapis klatkowy) atomu fosforu.

R12WDlnr2SWDB

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RiNDgIdRsEKwN3

Ćwiczenie 8

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 9

Complete the sentence below by selecting the correct word.

RZO8lxlRQHuAJ

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Glossary

Ćwiczenie 10

How many electrons are in each sublevel?

R19bAZjvT3jnW

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Glossary

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2012.

Encyklopedia PWN

bg‑gray3

Notatnik

RO3VRHKDjOpXi

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.