Elektronenkonfigurationsrechner

Unterschalen füllen sich in der Reihenfolge zunehmender Energie: 1s, dann 2s, dann 2p und so weiter bis 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p. Da die 4s-Unterschale bei den meisten Atomen zufällig eine etwas niedrigere Energie als die 3d-Unterschale hat, füllt sie sich zuerst, obwohl ihre Hauptquantenzahl höher ist – das ist der häufigste Punkt der Verwirrung beim Erlernen des Musters.

Zehn Übergangsmetalle durchbrechen das naive Muster: Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Ag, Pt und Au verschieben jeweils ein Elektron von der äußeren ns-Unterschale in die benachbarte (n-1)d-Unterschale, um eine halbgefüllte oder zu erreichen vollständig gefüllte d-Unterschale, die stabiler ist als die naive Vorhersage. Palladium ist eine doppelte Ausnahme – beide vermeintlichen 5s-Elektronen bewegen sich in 4d, wodurch 5s völlig leer bleibt.

Da jedes Edelgas eine vollständige, stabile Konfiguration hat, kürzen Chemiker die Konfiguration jedes Elements ab, indem sie das Symbol in Klammern für das größte Edelgas schreiben, das kleiner als dieses Element ist, gefolgt von den nach diesem Punkt gefüllten Unterschalen. Die vollständige Konfiguration von Eisen 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁶ wird zu [Ar]3d⁶4s² – beachten Sie, dass die Abkürzung den Schwanz durch Erhöhen der Schalennummer neu anordnet, sodass 3d vor 4s erscheint, obwohl 4s zuerst gefüllt ist.

Kationen entfernen zuerst Elektronen aus der höchsten Hauptquantenzahl (n) – bei einem Übergangsmetall bedeutet das, dass die äußeren ns-Elektronen vor allen (n-1)d-Elektronen austreten, was die Umkehrung der Füllreihenfolge ist. Fe²⁺ ist [Ar]3d⁶ (beide 4s-Elektronen weg, 3d unberührt) und Fe³⁺ ist [Ar]3d⁵ (beide 4s-Elektronen plus ein 3d-Elektron weg). Anionen setzen einfach die normale Aufbaufüllung dort fort, wo das neutrale Atom aufgehört hat, sodass Cl⁻ 3p vervollständigt, um die Argonkonfiguration [Ar] zu erreichen.

Dieser Rechner wendet die Ausnahmen im Cr/Cu-Stil bewusst nicht auf Ionen an – sobald ein Atom Elektronen verliert oder hinzugewinnt, wird seine Konfiguration direkt aus dem neutralen Grundzustand mithilfe der Regel „höchstes n zuerst“ abgeleitet, die bereits Lehrbuch-Ionenkonfigurationen reproduziert (z. B. Cu²⁺ = [Ar]3d⁹) ohne zusätzliches Spezialgehäuse.

Abgesehen von den zehn klassischen D-Block-Ausnahmen weisen eine Handvoll Lanthaniden- und Aktinidenelemente (wie Lanthan, Cer und mehrere Aktiniden) Grundzustandskonfigurationen auf, die in verschiedenen Chemiereferenzen tatsächlich umstritten sind. Dieser Rechner wendet auf diese Elemente eine einfache Aufbau-Reihenfolge an, sodass seine Antworten im Vergleich zu einem Standardlehrbuch für allgemeine Chemie konsistent und reproduzierbar bleiben, anstatt eine umstrittene Konvention auszuwählen. Die Valenzelektronenzählung wird auch für einige chemisch ungewöhnliche Konfigurationen mehrdeutig, insbesondere für die leeren 5s und die vollständigen 4d von Palladium – dieser Rechner wendet dieselbe vereinfachte Regel (äußeres ns + np, plus ein unvollständiges inneres (n-1)d) einheitlich an, was möglicherweise nicht mit der Behandlung dieser Ausreißer durch jede Quelle übereinstimmt.