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 деривативов (Black-Scholes, греки)
Рассчитайте цену опциона по Black-Scholes, греки (Delta, Gamma, Theta, Vega), справедливую цену фьючерса и implied volatility.
Калькулятор пени: налоги (ст. 75 НК) и договор
Расчет налоговой пени (1/300 и 1/150). Поиск неустойки по ст. 395 ГК РФ и договорам. История ключевой ставки ЦБ.
Калькулятор декретных выплат
Пособие по беременности и родам, единовременное пособие и ежемесячное по уходу до 1.5 лет. По 255-ФЗ.
Калькулятор водоподготовки: коагуляция, хлорирование, фильтрация и осмос
Расчёты водоподготовки: доза коагулянта, хлорирование, скорость фильтрации, умягчение, обратный осмос, индексы Ланжелье и Ризнера.
Калькулятор биостатистики
Анализ выживаемости Каплана-Мейера, ROC-кривая, Бланда-Альтмана, каппа Коэна, мощность исследования, мета-анализ.
Калькулятор критериев Рэнсона (панкреатит)
Оценка тяжести острого панкреатита по критериям Рэнсона. При поступлении и через 48 часов. Прогноз летальности.
Калькулятор интересных фактов
Генератор интересных фактов и занимательных вычислений. Для развлечения и расширения кругозора.
Генератор CSS box-shadow
Визуальный редактор теней CSS. Offset, blur, spread, цвет. Множественные тени, inset. Копирование кода.
Калькулятор загрузки строительного лифта / подъемника
Расчет допустимой нагрузки на строительный лифт или подъемник. Учет веса рабочих, материалов и коэффициента запаса.
Калькулятор стипендии для студентов России
Расчёт академической и социальной стипендии, именных стипендий (Президента РФ — 22 800 руб.) и бюджета студента по ФЗ №273 и постановлениям Правительства.
Стоматологический калькулятор: КПУ, OHI-S, CPI, анестезия и протезирование
Стоматологические расчёты онлайн: индекс КПУ (DMFT), гигиена OHI-S, пародонтальный CPI, доза анестетика, стоимость протезирования, IOTN.
Калькулятор молекулярной массы
Молекулярная масса любого соединения. Формула (H2O, NaCl, C6H12O6) → масса и массовые доли элементов.
Калькулятор рекомпозиции тела
Рассчитайте план питания для одновременного снижения жира и набора мышц. Калории, БЖУ, тренировочные дни и дни отдыха.
Калькулятор недвижимости (доходность, окупаемость)
Рассчитайте доходность аренды, Cap Rate, срок окупаемости, стоимость за м² и налоги при продаже недвижимости в России.
Калькулятор типографики: Type Scale, межстрочный, Fluid Typography
Комплексный типографический калькулятор. Модульная шкала (Type Scale), расчёт межстрочного интервала (line-height), оптимальная длина строки, вертикальный ритм (baseline grid), подбор пар шрифтов и Fluid Typography с CSS clamp().