Калькулятор электронной
конфигурации
Правила заполнения орбиталей
Электронная конфигурация атома подчиняется трём фундаментальным принципам квантовой механики, которые определяют, как электроны распределяются по энергетическим уровням и подуровням.
Принцип Ауфбау
Электроны заполняют орбитали в порядке возрастания их энергии. Последовательность определяется правилом (n + l): сначала заполняются орбитали с меньшим значением суммы главного и орбитального квантовых чисел. При равных значениях — орбиталь с меньшим n.
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → ...
Правило Хунда
В пределах одного подуровня электроны сначала занимают каждую орбиталь по одному с параллельными спинами, и лишь затем начинается спаривание. Это соответствует состоянию с максимальной суммарной спиновой мультиплетностью — наиболее устойчивой конфигурации.
Азот (Z=7): ↑ ↑ ↑ в 2p (не ↑↓ ↑ ·) — каждый 2p заполняется по одному электрону
Принцип Паули
В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырёх квантовых чисел (n, l, ml, ms). Следствие: на одной орбитали размещается не более двух электронов, и они обязательно имеют противоположные спины (+1/2 и -1/2).
Максимальная ёмкость: s — 2 e⁻, p — 6 e⁻, d — 10 e⁻, f — 14 e⁻
Применение в химии и физике
Знание электронной конфигурации — основа для понимания химических и физических свойств веществ. Этот фундаментальный концепт пронизывает все разделы естественных наук.
Химическая связь
Тип и прочность химической связи (ионной, ковалентной, металлической) напрямую определяется числом и расположением валентных электронов. Конфигурация объясняет, почему хлор образует одну связь, а углерод — четыре.
Магнитные свойства
Парамагнетизм (притяжение к магнитному полю) обусловлен наличием неспаренных электронов, диамагнетизм — полностью заполненными орбиталями. Именно электронная конфигурация определяет магнитный момент вещества.
Спектроскопия
Атомные спектры поглощения и испускания возникают при переходах электронов между энергетическими уровнями. Характерные длины волн позволяют идентифицировать элемент по его спектральным линиям.
Реакционная способность
Химическая активность элемента определяется степенью заполнения внешнего уровня. Благородные газы инертны (полностью заполненные уровни), щелочные металлы наиболее реакционноспособны (один электрон на уровне).
Полупроводники
Электронная зонная структура кристаллов (зоны проводимости, валентная зона, запрещённая зона) строится на основе конфигураций составляющих атомов. Это фундамент для разработки транзисторов, диодов и солнечных элементов.
Фармакология и биохимия
Взаимодействие лекарственных молекул с рецепторами, катализ ферментов и перенос кислорода гемоглобином — всё это обусловлено электронным строением атомов, входящих в состав молекул.
Орбитали и порядок заполнения
Полная таблица орбиталей с указанием вместимости и типа блока. Порядок заполнения соответствует правилу Клечковского — Маделунга: орбитали заполняются в порядке возрастания суммы (n + l).
| Орбиталь | n | l | n + l | Макс. e⁻ | Блок | Элементы (Z) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1s | 1 | 0 | 1 | 2 | s | 1–2 |
| 2s | 2 | 0 | 2 | 2 | s | 3–4 |
| 2p | 2 | 1 | 3 | 6 | p | 5–10 |
| 3s | 3 | 0 | 3 | 2 | s | 11–12 |
| 3p | 3 | 1 | 4 | 6 | p | 13–18 |
| 4s | 4 | 0 | 4 | 2 | s | 19–20 |
| 3d | 3 | 2 | 5 | 10 | d | 21–30 |
| 4p | 4 | 1 | 5 | 6 | p | 31–36 |
| 5s | 5 | 0 | 5 | 2 | s | 37–38 |
| 4d | 4 | 2 | 6 | 10 | d | 39–48 |
| 5p | 5 | 1 | 6 | 6 | p | 49–54 |
| 6s | 6 | 0 | 6 | 2 | s | 55–56 |
| 4f | 4 | 3 | 7 | 14 | f | 57–70 |
| 5d | 5 | 2 | 7 | 10 | d | 71–80 |
| 6p | 6 | 1 | 7 | 6 | p | 81–86 |
| 7s | 7 | 0 | 7 | 2 | s | 87–88 |
| 5f | 5 | 3 | 8 | 14 | f | 89–102 |
| 6d | 6 | 2 | 8 | 10 | d | 103–112 |
| 7p | 7 | 1 | 8 | 6 | p | 113–118 |
Исключения Cr и Cu: у хрома (Z=24) конфигурация [Ar] 3d⁵ 4s¹, а не 3d⁴ 4s². У меди (Z=29) — [Ar] 3d¹⁰ 4s¹. Это обусловлено особой устойчивостью наполовину и полностью заполненных d-подуровней.
Мнемоника Маделунга: чтобы запомнить порядок заполнения, диагональный метод — рисуете уровни (1s, 2s 2p, 3s 3p 3d...) и проводите диагонали сверху вниз. Стрелки диагоналей дают правильную последовательность.
Часто задаваемые вопросы
Лиана Арифметова
Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».
Отказ от ответственности
Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые данным инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.
Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.
Медицинские, финансовые и профессиональные решения должны приниматься исключительно на основании консультации с квалифицированными специалистами — врачом, финансовым советником, инженером или другим профессионалом в соответствующей области. Не используйте результаты данного инструмента как единственное основание для принятия важных решений.
Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут никакой ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший в результате использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию и применение полученных результатов.
Похожие инструменты
Калькулятор для малыша: подгузники, питание, бюджет первого года
Калькулятор расходов на ребёнка. Бюджет на подгузники, питание, коляску, одежду. Стоимость первого года жизни малыша в России.
Калькулятор транспортного налога (по региону РФ, мощность двигателя, ставки)
Рассчитайте транспортный налог онлайн: ставки по регионам РФ, мощность двигателя, повышающий коэффициент (налог на роскошь). Актуальные данные ФНС.
Калькулятор бюджета путешествия: транспорт, жильё, питание
Калькулятор бюджета поездки. Расчёт стоимости перелёта, проживания, питания и развлечений по направлениям России.
Калькулятор психофизики: Вебер-Фехнер, Стивенс, d-prime и время реакции
Психофизические расчёты онлайн: закон Вебера-Фехнера, степенной закон Стивенса, теория обнаружения сигнала (d′), закон Хика.
Калькулятор дивидендов (доходность и DRIP)
Рассчитайте дивидендную доходность, чистый доход после НДФЛ, прогноз роста с реинвестированием (DRIP). Сравнение с депозитом.
Калькулятор биоинформатики
GC-состав, температура плавления Tm, трансляция ДНК→белок, обратный комплемент, сайты рестрикции, кодоновое смещение RSCU.
Калькулятор мыловарения (SAP числа)
Щёлочь (NaOH/KOH) для холодного и горячего мыловарения. SAP числа масел, пережир, вода.
Калькулятор для фрилансера (самозанятый, ИП)
Сравните налоговые режимы: самозанятый (НПД 4/6%), ИП на УСН 6/15%, Патент. Расчет чистого дохода и оптимального режима.
Калькулятор теории IRT (Раш, 2PL, 3PL)
Расчёт кривых ICC, информационных функций пунктов (IIF) и теста (TIF) по моделям Раша, 2PL и 3PL. Для ЕГЭ, PISA, адаптивного тестирования.
Калькулятор балки: момент, прогиб, подбор сечения
Расчёт балки на изгиб и прогиб. Подбор стального двутавра, деревянной и ж/б балки. Эпюры моментов и поперечных сил.
Калькулятор технического обслуживания (ТОиР)
Расчёты ТОиР: MTBF/MTTR, планирование ТО, стоимость простоя, запчасти, предиктивное ТО
Калькулятор стажа работы
Рассчитайте трудовой и страховой стаж по трудовой книжке. Расчёт процента оплаты больничного.
Калькулятор водяного счётчика
Расчёт платы за воду по показаниям счётчика. ХВС, ГВС и водоотведение. Тарифы Москвы и регионов России.
Калькулятор фотоэффекта (уравнение Эйнштейна)
Расчёт фотоэффекта по уравнению Эйнштейна. Энергия фотона, работа выхода, кинетическая энергия фотоэлектрона.
Калькулятор облигаций (YTM, дюрация, НКД)
Рассчитайте доходность к погашению (YTM), дюрацию, НКД и цену облигации. Для ОФЗ, корпоративных и муниципальных бондов.