Chemia nieorganiczna/Konfiguracja elektronowa

Konfiguracja elektronowa – rozmieszczenie elektronów na powłokach i podpowłokach. Konfiguracja ta jest charakterystyczna dla danego atomu pierwiastka chemicznego. Ów zapis informuje o tym, jaka liczba elektronów obsadza daną powłokę bądź podpowłokę. Przy samym zapisie rozmieszczenia musi panować pewien porządek. Należy bowiem znać ogólne zasady, które mówią o tym, ile elektronów zapełnia konkretną powłokę lub podpowłokę.

W chemii przyjmuje się, że powłoki oznacza się poprzez duże litery alfabetu; rozpoczynając od litery K ( ma to ścisły związek z główną liczbą kwantową ). Tak więc pierwszą powłoką, która usytuowana jest najbliżej atomu będzie powłoka K. Następną po niej powłoka L, następną M itd.

Zasady zapełniania powłok i podpowłok przez elektrony.

– Najwygodniej jest rozpisywać daną konfigurację na podstawie zależności -> $2n^{2}$. Występująca w niej litera 'n', odpowiada konkretnej wartości głównej liczby kwantowej (czyli, krótko mówiąc, jest to odpowiedni numer powłoki). Dla powłoki K-> n=1, dla powłoki L-> n=2, dla powłoki M-> n=3 etc. Na tej podstawie bardzo łatwo zauważyć, że na powłoce K mogą istnieć tylko i wyłącznie 2 elektrony (bo $2*(1)^{2}=2$), na powłoce L 8 elektronów, na powłoce M 18 elektronów.

Ważne! 

a) Liczba powłok w danym atomie pierwiastka chemicznego jest zawsze równa numerowi okresu, w którym to okresie leży dany pierwiastkach chemiczny, którego konfigurację rozpisujemy.

b) Maksymalna liczba elektronów na powłoce wynosi $2n^{2}$, ale atomy najczęściej nie mają wypełnionych wszystkich podpowłok.

c) Liczba elektronów znajdująca się na ostatniej powłoce powinna być równa cyfrze jedności z numeru grupy, w której leży dany pierwiastek chemiczny (dotyczy to głównie grup głównych układu okresowego).

– Każda powłoka dzieli się na podpowłoki; czyli na pewne poziomy energetyczne. Można bardzo łatwo i sprawnie zapamiętać, że jeśli mamy powłokę K, która jest pierwszą powłoką w każdym atomie, to owa powłoka będzie miała tylko jedną podpowłokę, którą nazwiemy podpowłoką 's'. Główna liczba kwantowa dla powłoki L wynosi 2 więc będzie się ona dzieliła na dwie podpowłoki- s i p. Dla powłoki M będą istniały trzy podpowłoki- s, p, d zaś dla powłoki N, dla której główna liczba kwantowa równa się 4, będą cztery podpowłoki- s, p, d oraz f. Na podpowłoce s są zawsze tylko i wyłącznie 2 elektrony, dla podpowłoki p 6 elektronów, dla podpowłoki d 10 elektronów i dla podpowłoki f 14 elektronów.

– Przy rozpisywaniu konfiguracji na podpowłokach, ważnym jest, aby zawsze zapisywać numer głównej liczby kwantowej przy każdym symbolu podpowłoki. Np. gdy rozpisujemy rozmieszczenie elektronów na trzeciej powłoce, dla której główna liczba kwantowa przyjmuje wartość 3 i wiemy zarazem, że posiada ona trzy podpowłoki (s, p, d), to owe podpowłoki należy zapisać odpowiednio 3s3p3d. Warto zwrócić uwagę na fakt, iż każdy układ dąży do tego, aby posiadać jak najniższą energię. Z analizy budowę atomów okazuje się, że najniższą energię ma podpowłoka s, następnie podpowłoka, p dalej d etc., dlatego też w takiej kolejności będą one zapełniane przez elektrony.

Przykład: Rozpisanie konfiguracji elektronowej dla atomu sodu (zarówno na powłokach, jak i podpowłokach).

– sód- Na ma ogólnie 11 elektronów na swych powłokach. Leży w pierwszej grupie i trzecim okresie układu okresowego. Zgodnie z tym, co zostało napisane wyżej, numer okresu równy jest liczbie powłok, a cyfra jedności numeru grupy odpowiada liczbie elektronów zajmujących ostatnią powłokę.

$_{11}Na$ :  $K^{2}L^{8}M^{1}$

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

Rozpisanie konfiguracji elektronowej dla atomu cynku (cynk posiada na swoich powłokach w sumie trzydzieści elektronów).

$_{30}Zn$  :  $K^{2}L^{8}M^{18}N^{2}$

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

Jak można łatwo zauważyć, rzeczywiście jest tak, że liczba elektronów jest równa cyfrze jedności numeru grupy. Cynk leży w 12 grupie, czyli posiada dwa elektrony na ostatniej powłoce; zapis konfiguracji to potwierdza.