Elektronconfiguratie opstellen - theorie en voorbeelden

Alle elementen in het periodieke systeem der elementen beschikken over een aantal protonen. Zo zit er in een waterstofkern 1 proton, terwijl lithiumkernen beschikken over 3 protonen. Ongeladen stoffen, zoals een vast metaal, beschikken op dat moment over een gelijke hoeveelheid elektronen in hun buitenste schil. Aan de hand van deze elektronen is de lading te bepalen van het metaal in het geval dat deze geïoniseerd is. Maar hoe stel je een dergelijke configuratie op?

Elektron-orbitalen

Alle atomen hebben te maken met orbitalen waarin de elektronen zich bevinden. Deze orbitalen geven aan waar een elektron zich 95% van de tijd bevindt. De orbitalen geven dus geen grens aan, maar een kans om een elektron op een bepaalde positie te vinden om de atoomkern. Deze orbitalen kunnen aangevuld of geleegd worden door een binding aan te gaan met andere stoffen, bijvoorbeeld door een redoxreactie. De elektronenconfiguratie verandert hierbij, waardoor ook de notatie verandert. Opmerkelijk is ook hoe de hoeveelheid elektronen van alle nobelgassen voldoet aan de formule 2n², waarbij n het nummer van de periode is waar het nobelgas zich in bevindt.

Elektronenconfiguratie

De elektronenconfiguratie van een atoom opstellen vereist kennis van de verschillende orbitalen. In figuur 1 wordt iets duidelijker hoe een orbitaal werkt. Onderaan de 's'-reeks staat een s². Dit betekent dat het s-orbitaal maximaal 2 elektronen vast kan houden voordat deze volledig is gevuld. Onderaan de 'p'-reeks staat een p⁶. Dat betekent dat het p-orbitaal maximaal 6 elektronen kan vasthouden voor deze vol zit. Voor elk orbitaal staat de maximale hoeveelheid elektronen genoteerd aan de onderkant dan de desbetreffende rij. Ook moet het schilnummer worden vermeld zodra deze schil 'vol' zit. In figuur 1 staat een voorbeeld van een dergelijke notatie: 1s², 2s², 2p⁶, 3s² enzovoort. De getallen aan de rechteronderkant van de orbitalen geven de som weer van de elektronen rond het atoom. Deze notatie is niet verplicht maar maakt de notatie wel completer.

Aufbau-principe

In figuur 1 staan enkele pijlen die verticaal naar linksonder wijzen. Dit is het Aufbau-principe waar rekening mee moet worden gehouden. Het Aufbau-principe berust op de theorie dat elk orbitaal afbouwend moet worden gevuld met elektronen. Aan de hand van enkele voorbeelden zal dit duidelijk worden gemaakt, waarbij de som van de elektronen niet zal worden vermeld.

Voorbeeld 1a: Natrium

Natrium is een element met atoomnummer 11. Dat houdt in dat metallisch natrium 11 protonen in de kern heeft, en daarom ook 11 elektronen rond de kern heeft zweven. Dat geeft 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Dit zijn 2 + 2 + 6 + 1 = 11 elektronen, volgens het Aufbau-principe. Dit klopt dus.

Voorbeeld 2a: Zwavel

Zwavel is een element met atoomnummer 16. Oftewel, de totale hoeveelheid elektronen moet 16 zijn. Dit geeft 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. Dit is volgens het Aufbau-principe, met in totaal 2 + 2 + 6 + 2 + 4 = 16 elektronen. Dit klopt dus.

Voorbeeld 3a: Broom

Broom is een element met atoomnummer 35. Hierin moeten dus 35 elektronen aanwezig zijn. Dit geeft 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵. Dit is volgens het Aufbau-principe, en de som is 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 5 = 35. Dit klopt dus.

Nobelgas-notatie

De nobelgas-notatie is een versimpelde manier van het noteren van de elektronenconfiguratie, die vooral bij zwaardere elementen van pas komt vanwege hun lange configuraties. De nobelgas-configuratie berust eigenlijk op het vinden van de gevulde schillen in nobelgas-configuratie, door deze vervolgens te vervangen met [nobelgas-symbool] in de notatie. Hierdoor wordt tijd en schrijfruimte bespaard. Aan de hand van enkele voorbeelden wordt dit duidelijk gemaakt.

Voorbeeld 1b: Natrium

Natrium is een element dat direct na het nobelgas neon komt. Om de nobelgas-notatie van natrium te vinden moet eerst worden gekeken naar de elektronconfiguratie van neon en natrium.

Voorbeeld 2b: Zwavel

Zwavel komt voor argon, dus deze notatie is niet mogelijk. Wel is een notatie met neon mogelijk.

Voorbeeld 3b: Broom

Broom komt voor krypton, dus deze notatie is niet mogelijk. Wel is een notatie met argon mogelijk.