Jabarkan Urutan pengisian kulit dari Tabel periodik

Urutan pengisian orbital diberikan oleh prinsip Aufbau, juga dikenal sebagai aturan Madelung atau Klechkovsky. Kulitnya tumpang tindih dalam energi, menciptakan urutan yang kira-kira sebagai berikut:

1s ≪ 2s < 2p ≪ 3s < 3p ≪ 4s < 3d < 4p ≪ 5s < 4d < 5p ≪ 6s < 4f < 5d < 6p ≪ 7s < 5f < 6d < 7p ≪ ...

Di sini tanda ≪ berarti "jauh lebih sedikit dari" sebagai lawan dari < yang berarti hanya "kurang dari". Dengan kata lain, elektron memasuki orbital dalam urutan peningkatan  + , dan jika dua orbital tersedia dengan nilai  +  yang sama,  yang lebih rendah akan ditempati terlebih dahulu.

Tumpang tindih menjadi cukup dekat pada titik di mana orbital d memasuki gambar, dan urutannya dapat sedikit bergeser dengan nomor atom dan muatan atom.

Mulai dari atom yang paling sederhana, ini memungkinkan kita menyusun tabel periodik satu per satu sesuai urutan nomor atom, dengan mempertimbangkan kasus atom tunggal. Dalam hidrogen, hanya ada satu elektron, yang harus berada di orbital 1s dengan energi terendah. Konfigurasi hidrogen ditulis dengan 1s1. Helium menambahkan elektron kedua, yang juga masuk ke 1s dan mengisi kulit pertama sepenuhnya.

Unsur ketiga, litium, tidak memiliki ruang lagi di kulit pertama. Oleh karena itu, elektron ketiganya harus masuk ke subkulit 2s, memberikan konfigurasi 1s2 2s1. Elektron 2s adalah satu-satunya elektron valensi litium, karena orbital 1s sekarang terlalu dekat dengan nukleus untuk berpartisipasi secara kimia. Subkulit 2s dilengkapi dengan oleh unsur berikutnya, berilium (1s2 2s2). Unsur-unsur berikutnya kemudian melanjutkan mengisi orbital p. Boron (1s2 2s2 2p1) menempatkan elektron barunya pada orbital 2p; karbon (1s2 2s2 2p2) mengisi orbital 2p kedua; dan dengan nitrogen (1s2 2s2 2p3) ketiga orbital 2p menjadi terisi tunggal. Hal ini sesuai dengan aturan Hund, yang menyatakan bahwa atom akan lebih suka menempati sendiri setiap orbital dari jenis yang sama sebelum mengisinya dengan elektron kedua. Oksigen (1s2 2s2 2p4), fluorin (1s2 2s2 2p5), dan neon (1s2 2s2 2p6) kemudian melengkapi orbital 2p yang sudah terisi tunggal; dengan neon mengisi kulit kedua sepenuhnya.

Mulai dari unsur 11, natrium, tidak ada lagi ruang di kulit kedua, yang mulai sekarang adalah kulit inti seperti yang pertama. Jadi elektron kesebelas memasuki orbital 3s sebagai gantinya. Inti 1s2 2s2 2p6 disingkat [Ne], karena identik dengan konfigurasi elektron neon: jadi konfigurasi natrium ditulis [Ne] 3s1. Magnesium ([Ne] 3s2) menyelesaikan orbital 3s ini, dan sejak itu enam unsur aluminium, silikon, fosforus, belerang, klorin, dan argon mengisi tiga orbital 3p ([Ne] 3s2 3p1 hingga [Ne] 3s2 3p6). Hal ini menciptakan rangkaian analog di mana struktur kulit terluar natrium melalui argon persis sejalan dengan litium hingga neon, dan merupakan dasar untuk periodisitas kimia yang diilustrasikan oleh tabel periodik: pada interval nomor atom yang teratur tetapi berubah, sifat-sifat unsur kimia kira-kira berulang.

18 unsur pertama dengan demikian dapat diatur sebagai awal dari tabel periodik. Unsur-unsur dalam kolom yang sama memiliki jumlah elektron terluar dan konfigurasi elektron terluar yang sama: kolom-kolom ini disebut golongan. Pengecualian tunggal adalah helium, yang memiliki dua elektron terluar seperti berilium dan magnesium, tetapi ditempatkan dengan neon dan argon untuk menekankan bahwa kulit terluarnya penuh. Ada delapan kolom dalam fragmen tabel periodik ini, sesuai dengan paling banyak delapan elektron terluar. Sebuah baris dimulai ketika kulit baru mulai terisi; baris-baris ini disebut periode. Terakhir, pewarnaan menggambarkan blok: unsur-unsur di blok-s (berwarna merah) mengisi orbital s, sedangkan di blok-p (berwarna kuning) mengisi orbital p.

Mulai baris berikutnya, untuk kalium dan kalsium, orbital 4s memiliki energi terendah, dan karena itu mereka mengisinya. Kalium menambahkan satu elektron ke kulit 4s ([Ar] 4s1), dan kalsium kemudian melengkapinya ([Ar] 4s2). Namun, mulai dari skandium, orbital 3d menjadi energi tertinggi berikutnya. Orbital 4s dan 3d memiliki energi yang kira-kira sama dan mereka bersaing untuk mengisi elektron, sehingga pendudukan tidak cukup konsisten mengisi orbital 3d satu per satu. Urutan energi yang tepat dari 3d dan 4s berubah sepanjang baris, dan juga berubah tergantung pada berapa banyak elektron yang dilepaskan dari atom. Misalnya, karena adanya gaya tolak menolak antara elektron 3d dan elektron 4s, pada kromium tingkat energi 4s menjadi sedikit lebih tinggi daripada 3d, sehingga menjadi lebih menguntungkan untuk memiliki konfigurasi [Ar] 3d5 4s1 daripada konfigurasi [Ar] 3d4 4s2. Anomali serupa terjadi pada tembaga. Ini adalah pelanggaran aturan Madelung. Anomali semacam ini tidak memiliki signifikansi kimia, karena berbagai konfigurasi memiliki energi yang sangat dekat satu sama lain sehingga keberadaan atom di dekatnya dapat menggeser keseimbangan. Oleh karena itu, tabel periodik mengabaikan ini dan hanya mempertimbangkan konfigurasi yang diidealkan.

Pada seng, orbital 3d terisi penuh dengan total sepuluh elektron. Berikutnya adalah orbital 4p yang melengkapi baris, yang diisi secara bertahap dari galium hingga kripton, dengan cara yang sama sekali mirip dengan elemen blok-p sebelumnya. Dari galium dan seterusnya, orbital 3d membentuk bagian dari inti elektronik, dan tidak lagi berpartisipasi dalam kimia. Elemen blok s dan p, yang mengisi kulit terluarnya, disebut unsur golongan utama; elemen blok-d (berwarna biru di bawah), yang mengisi kulit bagian dalam, disebut unsur transisi (atau logam transisi, karena semuanya adalah logam).

Karena 5s terisi sebelum 4d, yang terisi sebelum 5p, baris kelima memiliki struktur yang persis sama dengan baris keempat (meskipun sekali lagi ada beberapa anomali saat mengisi orbital 4d).

Baris keenam tabel juga dimulai dengan dua elemen blok-s: sesium dan barium. Setelah ini, elemen blok-f pertama (berwarna hijau di bawah) mulai muncul, dimulai dengan lantanum. Golongan ini kadang-kadang disebut unsur transisi dalam. Karena sekarang tidak hanya terdapat subkulit 4f tetapi juga 5d dan 6s pada energi yang sama, persaingan terjadi sekali lagi dengan banyak konfigurasi yang tidak beraturan; hal ini mengakibatkan beberapa perselisihan tentang di mana tepatnya blok-f seharusnya dimulai, tetapi kebanyakan yang mempelajari masalah ini setuju bahwa itu dimulai di lantanum sesuai dengan prinsip Aufbau. Meskipun lantanum sendiri tidak mengisi orbital 4f karena gaya tolak menolak antar elektron, orbital 4f-nya memiliki energi yang cukup rendah untuk berpartisipasi dalam kimia. Pada iterbium, tujuh orbital 4f terisi penuh dengan empat belas elektron; setelah itu diikuti oleh serangkaian sepuluh unsur transisi (lutesium hingga raksa), dan akhirnya enam unsur golongan utama (talium hingga radon) melengkapi periode tersebut.

Baris ketujuh juga sejalan dengan baris keenam: 7s mengisi, lalu 5f, lalu 6d, dan akhirnya 7p, dengan beberapa anomali di sepanjang jalan. Untuk waktu yang sangat lama, baris ketujuh tidak lengkap karena sebagian besar elemennya tidak terjadi di alam. Unsur-unsur yang hilang setelah uranium mulai disintesis di laboratorium pada tahun 1940, ketika neptunium dibuat. Baris ini selesai dengan penyintetisan tenesin pada tahun 2010 (elemen terakhir, oganeson, telah dibuat pada tahun 2002), dan elemen terakhir pada baris ketujuh ini divalidasi dan diberi nama pada tahun 2016.

Ini melengkapi tabel periodik modern, dengan ketujuh baris terisi penuh.

Tabel berikut menunjukkan konfigurasi elektron atom netral fase gas dari setiap unsur. Konfigurasi yang berbeda dapat disetujui di lingkungan kimia yang berbeda. Unsur-unsur golongan utama memiliki konfigurasi elektron yang sepenuhnya teratur; elemen transisi dan transisi dalam menunjukkan dua puluh ketidakteraturan karena kompetisi yang disebutkan di atas antara subkulit yang dekat dalam tingkat energi. Untuk sepuluh unsur terakhir (109–118), data eksperimen yang diperoleh kurang dan oleh karena itu konfigurasi yang dihitung telah ditampilkan sebagai gantinya. Subkulit yang terisi penuh telah berwarna abu-abu.