Електронна формула хімічних елементів

Що таке електронна формула

Електронна формула (конфігурація) атома хімічного елемента показує розташування електронів на електронних оболонках (рівнях і підрівні) в атомі або молекулі.

Найбільш часто електронні формули записують для атомів в основному або збудженому стані і для іонів.

Існує кілька правил, які необхідно враховувати при складанні електронної формули атома хімічного елемента. Це принцип Паулі, правила Клечковского або правило Хунда.

При складання електронної формули слід враховувати, що номер періоду хімічного елемента визначає число енергетичних рівнів (оболонок) в атомі, а його порядковий номер кількість електронів.

Згідно з правилом Клечковского. заповнення енергетичних рівнів відбувається в порядку зростання суми головного і орбітального квантових чисел (n + l), а при рівних значеннях цієї суми - в порядку зростання n:

1s <2s <2p <3s <3p <4s ≈ 3d <4p <5s ≈ 4d <5p <6s ≈ 5d ≈ 4f <6p и т.д.

Так, значенням n + l = 5 відповідають енергетичні підрівні 3d (n = 3, l = 2), 4d (n = 4, l = 1) і 5s (n = 5, l = 0). Першим з цих підрівнів заповнюється той, у якого нижче значення головного квантового числа.

Поведінка електронів в атомах підпорядковується принципу заборони, сформульованому швейцарським ученим В. Паулі: в атомі не може бути двох електронів, у яких були б однаковими всі чотири квантових числа. Відповідно до принципу Паулі. на одній орбіталі, яка характеризується певними значеннями трьох квантових чисел (головне, орбітальне і магнітне), можуть перебувати лише два електрони, що відрізняються значенням спінового квантового числа. З принципу Паулі випливає наслідок. максимально можливе число електронів на кожному енергетичному рівні дорівнює подвоєному значенню квадрата головного квантового числа.

Електронна формула атома

Електронну формулу атома зображують наступним чином: кожному енергетичному рівню відповідає певний головне квантове число n, що позначається арабською цифрою; за кожною цифрою слід буква, відповідна енергетичного подуровню і позначає орбітальне квантове число. Верхній індекс у літери показує число електронів, що знаходяться в підрівні. Наприклад, електронна формула атома натрію має наступний вигляд:

11 N 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1.

При заповнення електронами енергетичних підрівнів також необхідно дотримуватися правила Хунда. в даному підрівні електрони прагнуть зайняти енергетичні стану таким чином, щоб сумарний спин був максимальним (це найбільш наочно відображається при складанні електронно-графічних формул).

Приклади розв'язання задач

Запишіть електронні формули атомів елементів з атомними номерами 7, 16, 21.

Хімічний елемент з атомним номером 7 - це азот. Він знаходиться в другому періоді, отже, має дві орбіталі. Розташування азоту в V групі Періодичної таблиці свідчить про наявність на зовнішньому енергетичному рівні 5-ти валентних електронів:

Хімічний елемент з атомним номером 16 - це сірка. Вона знаходиться в третьому періоді, отже, має три орбіталі. Розташування сірки в VI групі Періодичної таблиці свідчить про наявність на зовнішньому енергетичному рівні 6-ти валентних електронів:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4.

Хімічний елемент з атомним номером 21 - це скандій. Він знаходиться в четвертому періоді, отже, має чотири орбіталі. Розташування скандію в III групі Періодичної таблиці свідчить про наявність на зовнішньому енергетичному рівні 3-х валентних електронів:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2.

Запишіть електронні формули наступних іонів: Ca 2+. S 2. N 3. F - і Na +.

Для того, щоб утворити позитивно заряджений іон, атом віддає валентні електрони і, навпаки, приймає їх, щоб утворився негативно заряджений іон. Тоді електронні конфігурації іонів будуть мати такий вигляд:

20 Ca 2+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0;

16 S 2 1s 2 2s 2 3s 2 3p 6;

7 N 3 1s 2 2s 2 2p 6;

9 F - 1s 2 2s 2 2p 6;

11 N + 1s 2 2s 2 2p 6 3s 0.