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
Был ли этот калькулятор полезен?
Инструмент справочный — не заменяет эксперта
Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые 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.
Профессиональные решения — медицинские, финансовые, инженерные — должны приниматься только после консультации с квалифицированным специалистом. Не используйте автоматический расчёт как единственное основание для важных решений.
Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший из-за использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию результатов.
Похожие калькуляторы
Калькулятор стехиометрии: балансировка и выход реакции
Балансировка химических уравнений (онлайн), расчет лимитирующего реагента и выхода реакции (теоретический/процентный).
/stoichiometry-calculatorКалькулятор разбавления растворов
Расчёт разбавления по формуле C1V1=C2V2, молярности, массовой доли, серийного разбавления. Для химиков, биологов и фармацевтов.
/solution-dilution-calculatorКалькулятор теории кристаллического поля
Расчёт ЭСКП, расщепление d-орбиталей в октаэдрическом и тетраэдрическом полях, высокоспиновые и низкоспиновые комплексы, магнитный момент.
/crystal-field-theory-calculatorКалькулятор органической химии
Степень ненасыщенности (IHD), теоретический выход реакции, молекулярная формула, pKa кислот, Rf для ТСХ, свойства растворителей.
/organic-chemistry-calculatorКалькулятор энтальпии реакции (ΔH)
Стандартная энтальпия реакции, закон Гесса, тепловой эффект Q=nΔH, теплоёмкость. Таблица ΔHf.
/enthalpy-calculatorКалькулятор молярности раствора
Молярная концентрация, масса вещества, объём раствора. Разведение C1V1=C2V2. Конвертер моль/л ↔ г/л ↔ %.
/molarity-calculatorКалькулятор молекулярной массы
Молекулярная масса любого соединения. Формула (H2O, NaCl, C6H12O6) → масса и массовые доли элементов.
/molecular-weight-calculatorКалькулятор скорости химической реакции
Уравнение Аррениуса k=A·e^(-Ea/RT), закон действия масс, период полупревращения и энергия активации.
/reaction-rate-calculatorКалькулятор титрования (кривые титрования)
Построение кривых кислотно-основного титрования. Точка эквивалентности, выбор индикатора, pH расчёт.
/titration-calculatorКалькулятор электрохимии
Расчёты по уравнению Нернста, законам Фарадея, ЭДС гальванического элемента, электролиз и электроосаждение.
/electrochemistry-calculatorКалькулятор химии полимеров
Степень полимеризации, молекулярная масса Mn/Mw/PDI, уравнение Марка-Хаувинка, температура стеклования Tg, сополимеризация.
/polymer-chemistry-calculatorКалькулятор спектроскопии
Закон Бугера-Ламберта-Бера, конвертер длины волны/частоты/энергии, волновое число, ИК-частоты, ЯМР химический сдвиг.
/spectroscopy-calculatorКалькулятор пищевой химии
Активность воды, срок годности продуктов, энергетическая ценность, pH, пищевые добавки E-номера, конвертер Brix.
/food-chemistry-calculatorКалькулятор константы равновесия (Kc, Kp)
Kc по концентрациям, Kp по давлениям, энергия Гиббса ΔG°, уравнение Вант-Гоффа. Принцип Ле Шателье.
/equilibrium-constant-calculatorКалькулятор биохимии
Кинетика Михаэлиса-Ментен, уравнение Хендерсона-Хассельбальха, концентрация ДНК/РНК по OD260, молекулярная масса белка, ферментативные единицы.
/biochemistry-calculator