Электронные конфигурации атомов

Химические свойства элементов определяются строением электронных оболочек их атомов.

Запись распределения электронов в атоме по уровням и подуровням получила название электронной конфигурации элемента.

Распределение электронов по орбиталям и спины электронов показывают электронно-графические формулы.

При записи электронной конфигурации указывают цифрами главное квантовое число (n), буквами подуровни (s, p, d, f), а степень буквенных обозначений подуровней обозначает число электронов на данном подуровне.

При составлении электронных конфигураций учитывают:

1. Принцип минимальной энергии. Согласно этому принципу электроны в основном состоянии заполняют орбитали в порядке повышения уровня энергии орбиталей. Первыми заполняются орбитали с минимальными уровнями энергии.

2. Правило В. Клечковского. Увеличение энергии и соответственно заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания суммы квантовых чисел n + l, а при равной сумме чисел n + l в порядке возрастания числа n. Соответственно этому правилу подуровни выстраиваются в следующий ряд:

1 s 2 s 2 p 3 s 3 p 4 s 3 d 4 p 5 s 4 d 5 p 6 s 4 f 5 d 6 p 7 s

Исключения составляют d - и f -элементы с полностью или наполовину заполненными подуровнями, у которых наблюдается так называемый провал электронов (Cu, Ag, Cr и др.).

3. Принцип запрета Паули. В атоме не может быть двух электронов, обладающих одинаковым набором квантовых чисел: n, l, m_l, m_s. Отсюда следует, на каждой орбитали может быть не более двух электронов, причем они должны иметь противоположные (антипаралллельные) спины, т.е. допускается заполнение

 

и не допускается заполнение

4. Правило Гунда. На одном подуровне электроны располагаются так, абсолютное значение суммы спиновых квантовых чисел было максимальным. Это соответствует устойчивому состоянию атома.

В соответствии с этим правилом заполнение одного подуровня в основном состоянии атома начинается одиночными электронами с одинаковыми спинами. После того, как одиночные электроны займут все орбитали в данном подуровне, заполняются орбитали вторыми электронами спротивоположными спинами.

Например, у атома азота с электронной конфигурацией внешнего энергетического уровня …2 s ²2 p ³ заполнение орбиталей в основном состоянии будет следующим:

 

    А у атома кислорода …2 s ²2 p ⁴ начинается заполнение р -орбитали вторым электроном

Все элементы периодической системы можно разделить на 4 семейства:

s -элементы - в атомах последним заполняется s -подуровеньвнешнего электронного слоя. Они составляют главные подгруппы I и II групп.

p -элементы – в атомах последним заполняется p -подуровень внешнего слоя. Они составляю главные подгруппы III – VIII групп.

d -элементы– в атомахпоследним заполняется d -подуровеньпредвнешнего электронного слоя. d – элементысоставляют побочные подгруппывсех групп.

f - элементы – в атомах последним заполняется f - подуровень третьего снаружи электронного слоя. f - элементамиявляются лантаноиды и актиноиды, которые располагаются в нижней части периодической системы.