Распределение электронов в атоме

От распределения электронов в атоме зависят химические свойства элементов. По электронным формулам можно определить свойства элемента. Распределяются электроны в атоме согласно четырем принципам:

∙ принцип наименьшей энергии;

∙ правило Клечковского;

∙ принцип Паули;

∙ правило Гунда.

Принцип наименьшей энергии. Любая система, в том числе и микрочастицы, в том числе и электроны, стремятся занять положение, более энергетически выгодное, т.е. с наименьшей энергией. Сначала заполняется 1-й энергетический уровень, затем 2-й энергетический уровень и т.д.

Правило Клечковского. Увеличение энергии и соответственно заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания суммы квантовых чисел n + l, а при равной сумме n + l в порядке возрастания числа n. Соответственно этому правилу подоболочки выстраиваются в следующий ряд:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  5d …

Принцип Паули гласит, что в атоме не может быть двух одинаковых электронов, со всеми одинаковыми четырьмя квантовыми числами, хотя бы одним квантовым числом они должны отличаться.

Правило Гунда. Электроны на эквивалентных орбиталях располагаются так, чтобы суммарный спин их был максимальный. Орбиталь обозначаем , а спин электрона:  (+1/2), (-1/2).

n = 1, l = 0 S, m_l = 0, m_s = +1/2, -1/2.  2ē

n = 2, l = 0 S, m_l = 0, m_s = +1/2, -1/2. 2ē

8ē

l = 1 P, m_l = -1, 0, +1, m_s = +1/2, -1/2. 6ē

n = 3, l = 0 S, m_l = 0, m_s = +1/2, -1/2. 2ē

l = 1 P, m_l = -1, 0, +1, m_s = +1/2, -1/2. 6ē

18ē

l = 2 d, m_l = -2, -1, 0, 1, 2, m_s = +1/2, -1/2. 10ē

n = 4, l = 0 S, m_l = 0, m_s = +1/2, -1/2. 2ē

l = 1 P, m_l = -1, 0, +1, m_s = +1/2, -1/2. 6ē

32ē

l = 2 d, m_l = -2, -1, 0, 1, 2, m_s = +1/2, -1/2. 10ē

l = 3 f, m_l = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, m_s = +1/2, -1/2. 14ē

Количество электронов на данном уровне можно определить по формуле 2 n², но эта формула справедлива только до 4-го энергетического уровня, на остальных уровнях больше 32 ē быть не может.

Электронные формулы

Номер периода показывает число энергетических слоев, которые у атома заполняются электронами. Номер элемента – это число электронов у данного атома. Номер группы – это число валентных электронов находящихся у атома, т.е. число электронов, которыми атом может вступать в химическую связь.

В малых периодах: 1, 2, 3-ем заполняются s- и p-орбитали последнего уровня.

Na¹¹ 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Cl¹⁷ 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ 3d⁰

Ca²⁰ 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁰ 4p⁰

В больших периодах, начиная с 4-го, после s-орбитали последнего уровня заполняется d орбиталь предыдущего, а затем p-орбиталь последнего.

Br³⁵ 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

4-ый f -уровень заполняется у лантаноидов и 5 f − у актиноидов.