Jak rozpisać konfigurację powłokową?

Konfiguracja powłokowa to temat bardziej z gimnazjum/podstawówki[1], jednak pojawiają się tego typu zadania. Jest to coś, co troszkę Wam miesza w głowach, ponieważ te same rzeczy nazywamy nieco inaczej, przypisując im inne symbole.

W poprzednim poście wprowadziliśmy główną liczbę kwantową, która oznaczała numer orbity, po której krążą elektrony. Teraz nic się nie zmienia, tylko zamiast cyferek użyjemy literek. Ot, cała filozofia. Aha, i zaczynamy zgodnie z alfabetem… tylko, że od literki K.

Wcześniej były cyferki (n = 1,2,3 ..) , a teraz są literki (K, L , M ..)

Okazuje się, że na danej powłoce może znajdować się określona ilość elektronów. Jest to jak najbardziej logiczne, ponieważ każde kółko (okrąg, jeśli chcemy być matematycznymi nerdami, chociaż pewnie nie chcemy) jest coraz większe, więc może pomieścić coraz więcej elektronów. To tak jak sznurek na pranie – im dłuższy sznurek, tym więcej ubrań pomieści.

Jest nawet na to specjalny wzór (,,ile prania się zmieści”) :

2n2

Gdzie n oznacza numer powłoki. Zatem na pierwszej powłoce zmieści się 2 • 12 = 2 elektrony, na drugiej 2 • 22 = 8, na trzeciej 2 • 32 = 18 i tak dalej. Podsumujemy wszystko w tabeli :

Powłoka
elektronowa
KLMNO
Głowna liczba
kwantowa (n)
n = 1n = 2n = 3n = 4n = 5
Maksymalna
ilość elektronów
28183250
Zależność pomiędzy numerem powłoki, a liczbą elektronów, która może się tam znajdować.

Można pójść na łatwiznę i powiedzieć po prostu, że mamy wzór, nauczcie się na pamięć i tyle. Ale te liczby elektronów (2, 8 , 18, 32, 50) wcale nie są przypadkowe. Spójrzmy na układ okresowy[2].

Weź sobie teraz układ okresowy i z nim współpracuj – przyda się.

Pierwsza powłoka (K)

Po pierwsze, widzimy że numer okresu jest bardzo ważny, ponieważ informuje nas ile dany atom ma powłok elektronowych! Akurat pierwsza powłoka może być ,,delikatnie trikowa” , bo mamy ten nieszczęsny Hel, który jest akurat w grupie 18, ponieważ jest z gazami szlachetnymi. Nie zmienia to jednak faktu, że jest on w pierwszym okresie.

Jak widzimy, faktycznie na pierwszej powłoce mogą znaleźć się maksymalnie dwa elektrony. No to lecimy dalej, czas na drugi okres – drugą powłoką (powłokę L).

Pierwsza (K) i druga powłoka (L)

Problem zaczyna się na trzeciej powłoce, więc też logiczne, że w tym momencie pojawiają się kartkówkowe pytania.

Pamiętasz, że na trzeciej powłoce może znajdować się aż 18 elektronów. Jeśli jednak policzylibyśmy elektrony z trzeciego okresu, to okazuje się, że jest ich tylko osiem, podobnie jak było w drugim okresie… Spójrzmy :

Pierwsza (K), druga (L) oraz trzecia powłoka (M), ale jeszcze niepełna!

Musimy teraz ogarnąć dwie rzeczy, z czego ta pierwsza jest Tobie oczywiście znana.

➦ Układ okresowy jest ułożony na podstawie wzrastającej liczby elektronów (liczby atomowej) w atomie.

➦ Powłoki elektronowe (K, L, M, N i tak dalej) mają jeszcze tak zwane podpowłoki. Układ okresowy nie jest ułożony zgodnie z kolejnością tych podpowłok.

I okazuje się, że właśnie w tym zagłębieniu, które jest w układzie okresowym, znajduje się reszta powłoki (czyli brakujące dziesięć elektronów).

Powłoka M ma ,,załamanie” w dół – z jakiejś przyczyny musimy dodać dwa elektrony na powłokę N, a dopiero potem możemy uzupełniać dalej powłokę M do końca (czyli do osiągnięcia 18 elektronów).

No dobrze, przyznaj, że korci, aby podnieść to zagłębienie o jeden rząd do góry, prawda? Wtedy o wiele lepiej widać, że powłoka M ma 18 elektronów. Ale zobacz jaką wtedy głupotę otrzymujemy :

Przesunięcie tego załamania o jeden rząd w górę niestety donikąd nie prowadzi – zobacz jaki bezsens otrzymamy.

Jak widzisz, podniesienie wszystkiego do góry jest bez sensu, bo pierwiastki nie są wtedy ułożone zgodnie z kolejnością elektronową. Wychodzi na to, że z jakiegoś powodu powłoka M dzieli się na różne podpowłoki, z których ta ,,dolna” zostaje zapełniona w nieco innej kolejności.

Wypadałoby, żeby na każdą złą wiadomość (mamy coś do ,,zapamiętania”) pojawiła się dobra wiadomość, więc już spieszę ze świetnymi nowinami. Na maturze może pojawić się rozpisywanie konfiguracji maksymalnie dla pierwiastków, które mają 38 elektronów. Jesteśmy już zatem na mecie!

Dzięki tej informacji możemy odetchnąć z ulgą.

Przechodzimy do części praktycznej – jak zatem rozpisywać tą konfigurację powłokową?

Krok 1 : Ogarnij, w którym okresie znajduje się pierwiastek. Numer okresu oznacza ile powłok musimy rozpisać (czyli ile literek).

Numer okresu1234
Liczba powłok1234
Symbole powłok,
które musisz
rozpisać
KK LK L MK L M N
Z numeru okresu otrzymujesz liczbę powłok!

Krok 2 : Ogarnij ile elektronów ma pierwiastek. Tyle łącznie musimy przypisać do odpowiednich powłok. Czyli patrzysz na liczbę atomową.

Krok 3 : Ogarnij ile elektronów walencyjnych[3] ma pierwiastek ➠ czyli w której grupie się znajduje! Możesz wtedy już wpisać ile elektronów jest na ostatniej powłoce (czyli literce).

Krok 4 : Wypełnij wszystkie powłoki (oprócz przedostatniej) maksymalną liczbą elektronów.

Krok 5 : Tyle ile elektronów Ci zostało (patrz punkt 2) wrzucasz na przedostatnią powłokę.

O co chodzi z tymi ostatnimi dwoma punktami, czemu robimy to tak ,,dziwnie” ? A no dlatego, że mamy właśnie to załamanie w układzie okresowym, które widzieliśmy dla trzeciej powłoki, czyli powłoki M. Natomiast liczba elektronów walencyjnych (na ostatniej powłoce/literce) jest bardzo prosta do ustalenia na podstawie numeru grupy.

Po co robić zadania treningowe – po prostu wypełnijmy konfigurację powłokową dla wszystkich 38 pierwiastków i sprawa będzie załatwiona. Oczywiście spróbuj samemu przypisać tą konfigurację dla kilku (kilkunastu jak jesteś ambitny) pierwiastków, aby to przećwiczyć, bo oczywiście nie uczymy się tego na pamięć!

Konfiguracja powłokowa dla wszystkich pierwiastków wymaganych na maturze (czyli do Z = 38)

Tutaj nie do końca może być jasne, czemu w czwartym okresie zatrzymujemy się na N1 oraz N2, a potem zatrzymujemy się i zaczynamy z powrotem dodawać do powłoki M. Oczywiście wynika to z tego, co mówiliśmy wcześniej – to załamanie w układzie okresowym to jeszcze powłoka trzecia, czyli M. Dopiero jak ją całą zapełnimy, to zaczynamy dodawać do czwartej powłoki (N).

Kolejność zapełniania powłok przez elektrony ,,ma sens” o ile zapamiętasz, że powłoka M jest w tym załamaniu. Wystarczy jednak tak naprawdę wiedzieć, że powłoka M ma przecież 18 elektronów, a w 3. okresie jest ich tylko osiem, więc logiczne, że kontynuacja musi być gdzieś niżej.

Pozostaje jeszcze konfiguracja jonów. Jak pamiętasz, jony dzieli się na kationy (jony dodatnie) oraz aniony (jony ujemne). Jest to już bardzo prosta sprawa, bo wystarczy dodać lub odjąć elektrony. Pytanie tylko – gdzie dodawać lub skąd je odejmować?

A więc odejmujemy (zabieramy) elektrony z powłoki walencyjnej, ponieważ to te elektrony znajdują się najdalej od jądra, a więc są najsłabiej przyciągane = najłatwiej je oderwać.

Na przykładzie : konfiguracja dla glinu to K2 L8 M3 , natomiast dla jego trójdodatniego kationu Al3+ tych elektronów będzie o trzy mniej, czyli : K2 L8

Dla siarki konfiguracja to K2 L8 M6 , a dla jej dwuujemnego anionu S2ー będziemy mieć dwa elektrony więcej, czyli K2 L8 M8

Na razie nie jest ciężko, prawda? Ale prawdziwą jazdę bez trzymanki będziemy dopiero zaczynać!


[1] Zapis powłokowy za specjalnie dużo nam nie mówi. To tak jakby mama wróciła z zakupów i powiedziała, że wydała 50 zł na mięso, 30 zł na napoje, 100 zł na słodycze. Tylko, że dla nas to słaba (mało precyzyjna) informacja, bo chcemy wiedzieć jakie konkretnie słodycze tam chowa w worku, bo przecież to jest ważne! Kto chciałby zjeść worek cukierków anyżowych za stówę?!

[2] Aktynowce i lantanowce zostały pominięte dla uproszczenia.

[3] To jest pewne uproszczenie, które na ten moment sobie zrobimy. Jeżeli chodzi o te pierwiastki z ,,dołu układu okresowego” to dla nich elektrony walencyjne określa się w inny sposób. Aby poprawnie to ocenić musimy rozbić powłoki na jej mniejsze kawałki, czyli podpowłoki.

Leave a Reply

%d bloggers like this: