Что такое электронная конфигурация? Правила заполнения орбиталей и запись

Что такое электронная конфигурация?

Электронная конфигурация — это запись, которая показывает, сколько электронов находится на каждом энергетическом уровне и подуровне атома. Конфигурация натрия записывается так: 1s²2s²2p⁶3s¹. Первое число — номер уровня, буква — подуровень, верхнее число — количество электронов на нём. Сумма верхних чисел (2 + 2 + 6 + 1 = 11) равна общему числу электронов в атоме.

Этот симулятор показывает подуровни от 1s до 4s. У первых 20 элементов на подуровни d и f электроны не попадают.

Три правила заполнения орбиталей

1. Принцип наименьшей энергии (принцип Ауфбау): электроны заполняют орбитали, начиная с орбитали с наименьшей энергией: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d.
2. Принцип Паули: на одной орбитали может быть не больше 2 электронов, и у них противоположные спины (↑↓).
3. Правило Хунда: на орбиталях с одинаковой энергией электроны сначала располагаются по одному, а затем образуют пары.

У калия и кальция 19-й и 20-й электроны попадают не на 3d, а на 4s, потому что энергия 4s ниже, чем у 3d.

В краткой записи внутренние электроны заменяют символом предыдущего инертного газа: натрий [Ne]3s¹, калий [Ar]4s¹.

Как пользоваться симулятором?

1. Симулятор открывается с натрием. Кнопками − и + в блоке ЭЛЕМЕНТ внизу выбери элемент с номером от 1 до 20.
2. На диаграмме слева каждая квадратная клетка — одна орбиталь, каждая стрелка — один электрон. Чем выше по оси ЭНЕРГИЯ, тем больше энергия.
3. На правой панели появятся название элемента, число электронов, полная запись и КРАТКАЯ ЗАПИСЬ.
4. На телефоне прокрути панель вниз: в блоке ЭЛЕКТРОНЫ ПО УРОВНЯМ видно число электронов на каждом уровне. У натрия 2, 8, 1.
5. Жёлтая кнопка в шапке экрана возвращает к водороду.

Задания для симулятора

• Перейди кнопкой + от азота к кислороду. Что изменится на 2p? Ответ: у азота в трёх клетках по одной ↑, а у кислорода в первой клетке добавляется ↓, и получается пара.
• Перейди от аргона к калию. Куда попадёт 19-й электрон? Ответ: на 4s, краткая запись [Ar]4s¹.
• Сравни краткие записи фтора и хлора. Ответ: [He]2s²2p⁵ и [Ne]3s²3p⁵. У обоих на внешнем уровне 7 электронов, поэтому они стоят в одной группе.

Частые ошибки

• Забывать правило Хунда. Записывать 2p⁴ кислорода как ↑↓ ↑↓ неверно. Правильно ↑↓ ↑ ↑.
• Не проверять верхние числа. Закончив запись, сложи верхние числа и сравни сумму с порядковым номером атома.
• Брать не тот инертный газ. Бери инертный газ, который стоит перед этим элементом: для хлора [Ne], для калия [Ar].

Число электронов на внешнем уровне показывает положение элемента. Эту связь посмотри в инструкции о периодах и группах.

Источники

• Chemistry LibreTexts: Electron Configurations, How Electrons Occupy Orbitals
• Chemistry LibreTexts: Quantum-Mechanical Orbitals and Electron Configurations