Электронные формулы и энергетические ячейки

Электронное строение атома может быть представлено в виде электронных формул или энергетических (квантовых) ячеек.

Порядок написания электронных формул следующий:

1) по таблице Д.И. Менделеева находят символ элемента и записывают его;

2) слева внизу от символа ставят порядковый номер элемента, который указывает общее количество электронов в атоме;

3) после символа – последовательно номер энергетического уровня: 1, 2, 3, 4, …, значение которого численно совпадает с главным квантовым числом;

4) затем - тип орбитали (s, p, d, f). Сверху справа над типом орбитали записывают количество электронов.

Ниже представлены электронные формулы и распределение в энергетических ячейках электронов внешних оболочек, которые могут участвовать в образовании химической связи.

Водород, гелий и литий относятся к s-элементам, углерод и неон  к р-элементам, а скандий  к d-элементам.

Электронная структура атомов и периодическая система элементов

Периодический закон Д.И. Менделеева, открытый в 1869 году, в настоящее время формулируется так: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов.

Периодическая система элементов является графическим выражением периодического закона. Последовательность расположения элементов в периодической системе согласуется с последовательностью заполнения электронами энергетических уровней и подуровней.

Заполнение каждого последующего уровня K (n=1), L (n=2), M (n=3), N (n=4), Q (n=5) означает новый период, где максимальное значение главного квантового числа соответствует номеру периода, в котором находится химический элемент. Следовательно, к одному периоду относятся элементы, в электронной структуре атомов которых заполняется одно и то же число квантовых уровней. Последовательность энергетических уровней и подуровней элементов первых пяти периодов периодической системы элементов представлена в табл. 2.2 .

Таблица 2.2

Электронная структура атомов и периодическая система элементов

Период	Квантовые энергетические уровни и подуровни	Число элементов в периоде
I	1s2	2
II	1s2 2s2 2p6	8
III	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6	8
IV	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d10 4p6	18
V	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d10 4p6 5s2 4d10 5p6	18

Периодом называется последовательный ряд элементов, размещённых в порядке возрастания заряда ядра атомов, электронная конфигурация которых изменяется от ns¹ до ns²p⁶ (или до ns² в первом периоде). Каждый период (кроме первого) начинается со щелочного металла, у которого заполняется одним электроном s-орбиталь внешнего уровня и заканчивается инертным газом, у которого внешняя орбиталь заполняется 8-ю электронами.

Второй и третий (малые) периоды содержат по 8 элементов, Большие периоды помимо s- и р-элементов имеют в своём составе по 10 d-элементов (четвёртый и пятый периоды), а также по 14 f-элементов (шестой и седьмой периоды) (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Структура периодической системы элементов

Группы и подгруппы элементов

IA

IIA

IIIB…VIIIB, IB, IIB

IIIA

IVA

VA

VIA

VIIA

VIIIA

I

H

He

II

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

III

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

IV

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

V

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

VI

Cs

Ba

La Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

VII

Fr

Ra

Ac Lr

Ku

Ns

лантаноиды

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

актиноиды

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Периодическая система содержит восемь групп (по числу электронов на внешнем электронном уровне). Группы элементов делятся на главные и побочные.

Пример. Электронные формулы элементов с порядковыми номерами 22 и 32 имеют следующий вид:

₂₂ Ti 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s² ─ титан расположен в четвёртом периоде, т.к. заполняется четыре энергетических уровня, в побочной подгруппе (валентные электроны расположены на s- и d-орбиталях). Группа четвёртая (по числу валентных электронов).

₃₂ Ge 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4р² ─ германий находится в четвёртом периоде, в главной подгруппе (s- и р-орбиталь) четвёртой группы.

В одних и тех же группах и в одних и тех же подгруппах расположены элементы с одинаковым строением внешних электронных оболочек (электронные аналоги), которые оказывают наибольшее влияние на химические свойства элементов. Поэтому можно сказать, что в одних и тех же группах и подгруппах находятся элементы со сходными свойствами, что находит своё выражение в составе высших оксидов, гидроксидов и летучих водородных соединений (табл. 2.4)

Таблица 2.4

Формулы некоторых соединений в зависимости от положения

элементов в периодической системе

Главные подгруппы периодической системы
I	II	III	IV	V	VI	VII
Число электронов на внешнем электронном уровне
1	2	3	4	5	6	7
Формулы высших оксидов
Э2О	ЭО	Э2О3	ЭО2	Э2О5	ЭО3	Э2О7
Формулы газообразных водородных соединений
			ЭН4	ЭН3	Н2Э	НЭ
Формулы высших гидроксидов
ЭОН	Э(ОН)2	Э(ОН)3	Н2ЭО3	НЭО3	Н2ЭО4	НЭО4