O chmurze elektronowej w sposób bardziej zaawansowany (dla bardziej dociekliwych)

bg=white

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

R7Mnhq6lIgWbs

Na ilustracji ukazano zapis graficzny i powłokowy konfiguracji elektronowej atomu sodu. Zapis graficzny składa się z symbolu Na, z którego lewej strony znajduje się cyfra jedenaście w indeksie dolnym. Po symbolu Na 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 Na, z którego lewej strony znajduje się cyfra jedenaście w indeksie dolnym. Po symbolu Na znajduje się dwukropek, a dalej zapis K2L8M1. — 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.

RmS4ymgdkHFeL

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.

RBjxB35TPVDBr

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.

RFOf4AAMjIu0E

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.*

R12TMb7TIJYbm

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.*

R18dhXH0RGLPN

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	$2$	$1$	R1B5Mtn32IRYB Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
$2$	L	$8$	$2$	R4p2aqdKDQZch Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RxOIiTxIfoeWb Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RySzPE6260h5k Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1GSleDAUs3eO Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
$3$	M	$18$	$3$	RdXqqOG52XBle Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RbouW9vXRdUOz Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1997GGAnrL5Y Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RJm3vMT8hELRp Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	RZMFyym2O50J8 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	$32$	$4$	RF8vQdOIUev9M Orbital s Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1XtfRbEW1KhL Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	Ruoz98d9txNcH Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1awtcyWiLqDq Orbital p Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.	R1BARnss0YVtJ 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.	R4KAeh14drZVK 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 $- \frac{1}{2} (↓)$ .

RbPyuLzW9jNkY

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:

R8Wgzd2D1Wpej

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 He 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.

R1bfWB1e0Pgbh

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:

R35fZWykY1sgV

Na ilustracji ukazano rozmieszczenie elektronów w poziomach orbitalnych dla pierwiastków drugiego okresu. Konfiguracja orbitalna atomu litu: indeks dolny trzy koniec indeksu Li 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 Be 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 Ne 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 $3 d$ .

R1HCmnkshE8ay

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:

Rgp3q3HILj9T7

Konfiguracja orbitalna atomu sodu: indeks dolny jedenaście koniec indeksu Na 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 Mg 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 Al 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 Si 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 Cl 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 Ar 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 $4 f$ .

ROVgpDo3MNF4D

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:

RT1y90JVdWsTo

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 Ca 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 Sc 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 Ti 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 Cr 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 Cu 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 As 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 Kr 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:

R156P7DD1EwsA

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.

RuEvsbQtAyr09

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

Naucz się zapisywać konfiguracje elektronowe

Korzystając z poniższej aplikacji naucz się zapisywać konfigurację elektronową wybranych atomów w różnej formie. Pomiń na razie konfigurację elektronową jonów.

R7qTQwpA0Amup1

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}

RWnTG4mLLyBrM

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.

R16PbgGulolza

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

R562FmkpumFzV

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

Polecenie 5

Ułóż podane symbole podpowłok w kolejności ich zapełniania przez elektrony.

R1K6ASJiPsrGJ

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

bg‑gold

Notatnik

RnKXmDhAn965u

Czym jest chmura elektronowa?

Jakie informacje można odczytać z układu okresowego?

Ile elektronów mogą pomieścić powłoki elektronowe?

Czym jest podpowłoka?

W jaki sposób krok po kroku zapisać podpowłokową konfigurację elektronową?

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

Naucz się zapisywać konfiguracje elektronowe

Słownik

Notatnik