Электронные формулы элементов I – IV периодов периодическойсистемы элементов

Первый период:

₁H 1s¹, ₂He 1s².

У элементов первого периода один электронный уровень, имеющий один подуровень. У водорода один электрон, а у гелия – два. Они заполнили первый электронный уровень – гелием закончился первый период.

Второй период.

Элементы второго периода имеют уже два электронных уровня, первый полностью заполнен, а второй подлежит заполнению. Второй уровень имеет два подуровня: s- и р-подуровни. Они заполняются электронами в соответствии с вышеуказанными принципами.

₃Li 1s²2s¹ ₇N 1s²2s²2p³

₄Be 1s²2s² ₈O 1s²2s²2p⁴

₅B 1s²2s²2p¹ ₉F 1s²2s²2p⁵

₆C 1s²2s²2p² ₁₀Ne 1s²2s²2p⁶

У неона произошло заполнение электронами второго энергетического уровня, на неоне заканчивается второй период. На втором энергетическом уровне 8 электронов и, соответственно, 8 элементов. Оболочку с конфигурацией 1s² обозначают буквой К, оболочку с конфигурацией 2s²2p⁶ - L.

Третий период.

Элементы третьего периода имеют три электронных уровня, внешним является третий. Он имеет три подуровня, которые располагают 9 орбиталями. Следовательно, максимальное число электронов на этом уровне равно 18 (2 электрона на s-подуровне, 6 на р-подуровне и 10 на d-подуровне). Однако согласно энергетической диаграмме электроны заполняют первые два подуровня третьего уровня. Следующие два электрона заселяют 4s-подуровень, так как его энергия меньше, чем энергия 3d-подуровня.

₁₁Na {K,L}3s¹ ₁₅P {K,L}3s²3p³

₁₂Mg {K,L}3s² ₁₆S {K,L}3s²3p⁴

₁₃Al {K,L}3s²3p¹ ₁₇Cl {K,L}3s²3p₅

₁₄Si {K,L}3s²3p² ₁₈Ar {K,L}3s²3p⁶

Аргоном заканчивается третий период.

Четвертый период

Это первый большой период. Начинается он калием и кальцием, у них электроны заполняют 4s-подуровень (он энергетически более выгоден).

₁₉K {K,L}3s²3p⁶4s¹

₂₀Ca {K,L}3s²3p⁶4s²

Далее электроны заселяют 3d-подуровень, следующий по запасу энергии. Здесь мы сталкиваемся с некоторыми особенностями. От ₂₁Sc до ₂₃V электроны у каждого следующего элемента поступают по одному на 3d-подуровень.

₂₁Sc 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²

Подуровень 3d записывают перед 4s, так как квантовое число 4 больше квантового числа 3.

₂₂Ti 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²

₂₃V 1s2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²

У хрома происходит следующее: очередной электрон появляется на 3d-подуровне и на этот же подуровень переходит электрон с подуровня 4s. Объясняется это тем, что, как показано физиками-теоретиками, наиболее устойчивыми являются подуровни заполненные наполовину электронами или полностью. Это явление называют ''провалом'' электрона (электрон с подуровня 4s проваливается на подуровень 3d), оказалось конфигурация d⁵ и d¹⁰ более устойчивы, чем конфигурации d⁴ и d⁹. Поэтому очередной ''провал'' электрона будет еще и у меди.

₂₄Cr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹

₂₅Mn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²

₂₆Fe 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

₂₇Co 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²

₂₈Ni 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²

₂₉Cu 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹

₃₀Zn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²

Далее электроны заполняют 4p-подуровень, на него приходят шесть электронов. Криптоном заканчивается четвертый период, оболочку 3s²3p⁶3d¹⁰ обозначают буквой М:

₃₁Ga {K,L,M}4s²4p¹ и так далее до ₃₆Kr {K,L,M}4s²4p⁶.

Анализируя электронные конфигурации различных элементов, мы можем отметить, что конфигурации внешних электронных уровней периодически повторяются. Так, литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций имееют один электрон на внешнем электронном уровне; бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий – два электрона и так далее. Элементы с аналогичной электронной конфигурацией называют электронными аналогами. Эти элементы имеют сходные химические свойства, но различную химическую активность.

В зависимости от того, какой подуровень данного энергетического уровня заполняют электроны последним, элементы можно разделить на следующие семейства:

1. s-элементы, у этих элементов последним заполняется s-подуровень внешнего энергетического уровня;

2. р-Элементы, у них электроны заполняют р-подуровень внешнего энергетического уровня;

3. d-Элементы, у них электроны заполняют d-подуровень предпоследнего {(n – 1)d-подуровня} энергетического уровня;

4. f-Элементы, у них электроны заполняют f-подуровень третьего снаружи уровня {(n – 2)f-подуровень}.