Електронні конфігурації атомів хімічних елементів

Елементи в періодичній таблиці хімічних елементів Менделєєва

Спочатку елементи в Періодичної таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва були розташовані відповідно до їх атомними масами і хімічними властивостями, але насправді виявилося, що вирішальну роль грає не маса атома, а заряд ядра і, відповідно, число електронів в нейтральному атомі.

Найбільш стійкий стан електрона в атомі хімічного елемента відповідає мінімуму його енергії, а будь-яке інше стан називається збудженим, в ньому електрон може мимоволі переходити на рівень з більш низькою енергією.

Розглянемо, як розподіляються електрони в атомі по орбіталях, тобто електронну конфігурацію багатоелектронного атома в основному стані. Для побудови електронної конфігурації користуються такими принципами заповнення орбіталей електронами:

- принцип (заборона) Паулі - в атомі не може бути двох електронів з однаковим набором всіх 4-х квантових чисел;

- принцип найменшої енергії (правила Клечковского) - орбіталі заповнюють електронами в порядку зростання енергії орбіталей (рис. 1).

Мал. 1. Розподіл орбіталей водородоподобного атома по енергіях; n - головне квантове число.

Енергія орбіталі залежить від суми (n + l). Орбіталі заповнюються електронами в порядку зростання суми (n + l) для цих ортіталей. Так, для підрівнів 3d і 4s суми (n + l) будуть рівні 5 і 4, відповідно, внаслідок чого, першою буде заповнюватися 4s орбіталь. Якщо сума (n + l) однакова для двох орбіталей, то першою заповнюється орбіталь з меншим значенням n. Так, для 3d і 4p орбіталей сума (n + l) буде дорівнює 5 для кожної орбіталі, але першою заповнюється 3d-орбіталь. Відповідно до цих правил порядок заповнення орбіталей буде наступним:

Сімейство елемента визначається по орбіталі, що заповнюється електронами в останню чергу, відповідно до енергією. Однак, не можна записувати електронні формули відповідно до енергетичним поруч.

41 Nb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 3 5s 2 правильний запис електронної конфігурації

41 Nb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 3 невірний запис електронної конфігурації

Для перших п'яти d - елементів валентними (тобто електрони, що відповідають за освіту хімічного зв'язку) є сума електронів на d і s, заповнених електронами в останню чергу. Для p - елементів валентними є сума електронів, що знаходяться на s і p подуровнях. Для s-елементів Валента є електрони, що знаходяться на s-підрівні зовнішнього енергетичного рівня.

- правило Хунда - при одному значенні l електрони заповнюють орбіталі таким чином, щоб сумарний спин був максимальним (рис. 2)

Мал. 2. Зміна енергії у 1s -, 2s - 2p - орбіталей атомів 2-го періоду Періодичної системи.

Приклади побудови електронних конфігурацій атомів

Приклади побудови електронних конфігурацій атомів наведені в таблиці 1.

Таблиця 1. Приклади побудови електронних конфігурацій атомів