Електронна конфігурація зовнішнього електронного шару

Які атоми або іони мають електронну конфігурацію зовнішнього електронного шару 3s23p6? Зовнішні електронні шари можна розглядати як сферично симетричні, тільки в цьому випадку електричне поле всередині цих шарів відсутня. Зовнішній електронний шар грає особливо велику роль в хімічних процесах. У зв'язку з цим часто застосовують спрощений спосіб позначення, при якому вказується тільки число електронів на зовнішньому шарі. Кількість електронів на внутрішніх шарах атома при цьому передбачається відомим.

Електронна будова атомів і правила заповнення орбіталей

Z = 1 (водень). У цьому атомі є один електрон в змозі з квантовими числами n = 1, l = 0, ml = 0, ms = +1/2 або -1/2. Енергія іонізації Ei = 13.6 еВ. Середня відстань електрона від ядра складає близько 0.75 • 10-10 м.

Z = 2 (гелій). Два електрона знаходяться в стані з квантовими числами n = 1, l = 0, ml = 0, ms = 1/2 і -1/2 (тобто два 1s електрона). Хвильові функції, що описують їх стан, дещо відрізняються від водневих за формою через кулонівського відштовхування електронів, але головна відмінність в масштабах величин. Для іона гелію з виразу енергія зв'язку електрона складе 54,4 еВ. Характерне відстань електрона від ядра складе 0.53 • 10-10 / Z м. В атомі гелію з двома електронами через їх відштовхування енергія іонізації становить 24.6 еВ (щось середнє між 13.6 для водню і 54.4 для He +). Це саме велика величина для всіх хімічних елементів. Відірвати електрон у атома гелію дуже важко, і в 1s стані немає вакантних місць. Тому гелій хімічно інертний, не утворює молекул ні з одним елементом.

До речі це означає, що атом гелію не взаємодіє і з самим собою. Формула молекули гелію He (одноатомна молекула)

Z = 3 (літій). В 1s стані знаходиться два електрона, і принцип Паулі забороняє помістити туди третій. Цей електрон знаходиться в стані з n = 2 (2s) на більшій відстані від ядра і з набагато більшою енергією (тобто істотно меншою енергією зв'язку). Середнє видалення електрона від ядра таке велике, що в першому наближенні ядро ​​і два електрона в 1s стані можна розглядати як точковий остов з зарядом + e. Третій електрон тоді з n = 2 повинен мати енергію (формула (4)) -13.6 / 4 = -3.4 еВ.). Мале значення енергії іонізації означає, що літій має дуже високу активність.

Z = 4 (берилій). Електронна конфігурація - 1s22s2. Через збільшення Z енергія іонізації більше, ніж для літію, і становить 9.3 еВ. Для відриву другого електрона в стані n = 2 треба затратити не на багато більше, тому в хімічних сполуках берилій має валентність +2.

Z = 5 (бор). Електронна конфігурація - 1s22s22p1. Енергія іонізації 8.3 еВ (менше, ніж у берилію). З одного боку заряд ядра збільшився, з іншого в 2p-стані енергія більше, ніж в 2s. Другий фактор сильніше і, відокремити електрон в 2p-стані легше. Валентність +3.
.
Z = 7 (азот), Z = 8 (кисень), Z = 9 (фтор). У атомів цих елементів не вистачає трьох, двох і одного електрона, відповідно, до заповнення оболонки з n = 2, а саме 2p стану. Ці атоми хімічно електронегативні, тобто в хімічних сполуках захоплюють електрони. "Зайві" електрони виявляються пов'язаними з ядром так само, як і інші в 2p стані (хоча зв'язок всіх 2p електронів дещо менше, ніж в нейтральному атомі, через збільшення електрон-електронного відштовхування).

Z = 10 (неон). Всі 10 можливих станів з n = 1 і n = 2 зайняті. Електронна конфігурація - 1s22s22p6. Енергія іонізації, пости безупинно зростала, починаючи з літію, становить 21.6 еВ. Відірвати електрон важко, і додати теж, тому що додатковий електрон мав би перебувати в стані з n = 3 на великій відстані від ядра. Подібно гелію неон хімічно дуже інертний.

В елементах з Z = 11 (натрій) по Z = 18 (аргон) заповнюються стану 3s і 3p і за хімічними властивостями вони схожі з відповідними елементами другого ряду (літій - неон).

Z = 19 (калій) і Z = 20 (кальцій). Можна було б очікувати, що почнеться заповнення стану 3d (l = 2), але енергія електрона в стані 4s нижче, ніж в 3d (див. Схему рівнів), і в обох атомах останні електрони виявляються в 4s стані. Електронні конфігурації атомів - 1s22s22p63s23p64s1 і 1s22s22p63s23p64s2.
.
Далі слід заповнення станів 3d, 4p. Іноді виявляється енергетично більш вигідним виявитися електрону не в 4s стані, а в 3d. Наприклад, у атома міді (Z = 29) конфігурація 1s22s22p63s23p63d104s1, хоча у попереднього атома нікелю (Z = 28) 1s22s22p63s23p63d84s2.