Електронні конфігурації атомів

Електронна конфігурація елемента - це запис розподілу електронів в його атомах по рівнях, подуровням і орбиталям. При записи електронної конфігурації елемента слід керуватися такими принципами і правилами.

Принцип найменшої енергії або принцип заповнення: у збудженому атомі електрони розташовані таким чином, щоб енергія атома була мінімальною. Електрони в основному стані атома заповнюють орбіталі в послідовності підвищення орбітальних енергетичних уровней.Нізшіе по енергії орбіталі заповнюються першими. Відповідно до принципу найменшої енергії енергетичні рівні повинні заповнюватися в послідовності від 1 до 7, а підрівні в послідовності s - p - d - f. Порядок заповнення енергетичних рівнів і підрівнів без урахування можливих «проскоків» електронів повинен бути наступним:

«Проскакування» електронів спостерігаються у тих атомів, які мають на d орбіталей по 4 і 9 електронів (d 4 і d 9). Це обумовлено більш низькою енергією конфігураційd 5 і d 10 в порівнянні з енергіями конфігурацій d 4 і d 9. Тому в тих випадках, коли до освіти конфігураційd 5 иd 10 не вистачає одного електрона, іноді спостерігається «проскакування» електрона з зовнішнього s- підрівні на предвнешнего d орбіталь.

Принцип найменшої енергії справедливий тільки для основних станів атомів. Якщо атом перебуває в збудженому стані, електрони можуть знаходитися на будь-яких орбиталях атомів.

Принцип Паулі: в атомі не може бути двох електронів з однаковими значеннями всіх чотирьох квантових чисел.

Відповідно до принципу Паулі кожна орбіталь не може містити більше двох електронів.

-¯ - дозволене розташування спінів; ¯¯ - - недозволене розташування спінів.

Слідство з принципу Паулі: максимальне число електронів на енергетичному рівні дорівнює подвоєному квадрату головного квантового числа 2n 2.

Слідство з принципу Паулі дозволяє визначити ємність енергетичних рівнів:

перший 2 × 1. 2 = 2 електрона;

другий 2 × 2 2 = 8 електронів;

третій 2 × 3 2 = 18 електронів;

четвертий 2 × 4 2 = 32 електрона.

Правила Гунда: електрони прагнуть уникати однієї і тієї ж орбіталі, наскільки це сумісно з енергетичними вимогами. Електрони, що займають орбіталі поодинці, мають однакові спини. Такі електрони називаються неспареними.

Відповідно до цього правіломзаселеніе орбіталей парами електронів починається лише тоді, коли всі орбіталі підрівня містять по одному електрону.

Для зображення розподілу електронів по орбіталях зазвичай використовують електронні формули (конфігурації) атомів або енергетичні діаграми, на яких орбіталі зображують у вигляді клітин. Квадрат є символом окремої орбіталі. Електрони зображують у вигляді стрілок -¯, Що мають різне спрямування. Стрілки, спрямовані вгору, відповідають електронам, які мають позитивне значення спінового квантового числа, а спрямовані вниз - негативне. Клітини мають у своєму розпорядженні в порядку збільшення енергії. Такі схеми розподілу електронів в атомах називають електронно-графічними.

Приклад: Розподіліть електрони по енергетичним рівням і подуровням для атома хлору.

Рішення. Хлор знаходиться в третьому періоді, порядковий номер 17, значить його 17 електронів розподілені на трьох енергетичних рівнях.

Відповідно до послідовністю заповнення рівнів і підрівнів електронна формула хлору має вигляд:

17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Скорочена електронна формула: 17 Cl ... 3s 2 3p 5.

Електронно-графічна формула відображає розподіл електронів за квантовими осередкам:

Запис електронної конфігурації атома може бути повною або скороченою. У разі запису повної електронної конфігурації вказують розподіл всіх електронів, наявних в атомі, за рівнями і подуровням. У разі запису скороченою електронної конфігурації вказують розподіл електронів тільки зовнішнього електронного рівня. Наприклад, повна електронна конфігурація атома миш'яку з порядковим номером 33 записується: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3. скорочена електронна конфігурація включає інформацію тільки про зовнішній електронному рівні: 4s 2 4p 3. З цього запису слід , що елемент знаходиться в 4-му періоді (арабська цифра 4), в 5-й групі (5 електронів на зовнішньому четвертому енергетичному рівні) і в головній підгрупі, так як зовнішній електронний шар містить тільки s-і p-електронів.