1.3 Элементы первого периода (h, He)

В атоме водорода (Z = +1) единственный электрон находится на самом низком из возможных энергетических уровней: n = 1, который образован одной s-орбиталью. Электронно-графическая схема атома водорода:

Э лектронная формула атома водорода 1s¹ показывает, что на

s-орбитали первого энергетического уровня находится 1 электрон.

В атоме гелия (Z = +2) два электрона, которые находятся

также на 1s орбитали. Электронно-графическая схема атома гелия:

Электронная формула атома гелия – 1s² (на s-орбитали первого энергетического уровня находятся 2 электрона).

1.4 Элементы второго периода (Li–Ne)

У следующего за гелием элемента лития (Z = +3) третий электрон уже не может разместиться на первом энергетическом уровне, т.к. как на одной орбитали не может находиться более двух электронов. Поэтому третий электрон должен располагаться на втором энергетическом уровне n = 2.

С начала заполняется более низкая по энергии орбиталь. Поэтому третий электрон в атоме лития располагается на 2s-орбитали, так как 2s-орбиталь имеет более низкую энергию, чем 2p-орбиталь. Полная электронная формула атома лития: 1s²2s¹. Очень часто, записывая электронную формулу и электронно-графическую схему, указывают только орбитали внешнего энергетического уровня. Такие электронные формулы и электронно-графические схемы называются сокращёнными. Сокращённая электронная формула атома лития 2s¹, сокращённая электронно-графическая схема:

Электронную конфигурацию атома следующего за литием элемента бериллия (Z = +4) отражает сокращённая электронная формула 2s². Сокращённая электронно графическая схема атома Be:

Э лементы, в атомах которых электронами заполняются s-орбитали, называются s-элементами (т.е. H, He, Li, Be – это s-элементы). Следующие за бериллием элементы второго периода – бор, углерод, азот, кислород, фтор, неон – являются p-элементами: у них происходит заполнение электронами p-орбиталей. Ниже представлены сокращённые электронно-графические схемы и сокращённые электронные формулы этих элементов.

B 2s²2p¹ C 2s²2p² N 2s²2p³

O 2s²2p⁴ F 2s²2p⁵ Ne 2s²2p⁶

При записи сокращённых электронных формул важно понимать, что число электронов на внешнем энергетическом уровне атомов s- и p-элементов равно номеру группы.

1.5 Элементы III периода (Na–Ar)

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня атомов элементов III периода аналогична электронной конфигурации атомов элементов II периода. Различие состоит лишь в том, что у элементов III периода заполняются орбитали третьего энергетического уровня (n = 3), который образован одной s-орбиталью, тремя p-орбиталями, пятью d-орбиталями:

элемент второго периода элемент третьего периода

У атомов всех элементов III периода, находящихся в невозбуждённом состоянии, 3d-орбитали являются вакантными (т.е. незаполненными электронами). Невозбуждённое (основное) состояние атома – это такое состояние, в котором каждый электрон занимает орбиталь с минимально возможной энергией. В возбуждённом состоянии электрон занимает орбиталь с более высокой энергией, хотя мог бы находиться на орбитали с более низкой энергией:

невозбуждённое состояние возбуждённое состояние

Анализируя число неспаренных электронов в атоме, можно спрогнозировать его валентность: атом фосфора может быть как трёхвалентным (3 неспаренных электрона в основном состоянии), так и пятивалентным (в возбуждённом состоянии).

Теоретически, на 9 атомных орбиталях третьего энергетического уровня могли бы разместиться 18 электронов. Но на практике на внешнем энергетическом уровне любого атома не бывает более 8 электронов. Таким образом, все восьмиэлектронные конфигурации ns²np⁶ являются завершёнными. Несмотря на то, что у атома аргона есть свободные 3d-орбитали, их заполнение происходит только в следующем четвёртом периоде.