Распределение электронов по уровням и подуровням у элементов I-IV периодов.

Схематическое изображение орбиталей с учетом их энергии называется энергетической диаграммой атома. Она отражает взаимное расположение уровней (электронных слоев) и подуровней (электронных оболочек) энергии.

На каждом s-подуровне (одна орбиталь) могут находиться 2 электрона, на каждом р-подуровне (три орбитали) 6 электронов, на каждом d-подуровне (5 орбиталей) 10 электронов.

Электронная формула атома или электронная конфигурация– это запись распределения электронов по орбиталям в основном (невозбужденном) состоянии атома или его ионов. 1s² 2s² 2р⁶ и т.д. Число электронов на орбиталях указывается в верхнем индексе справа.

Для краткости записи электронной конфигурации атома вместо орбиталей, полностью заселенных электронами, иногда записывают символ благородного газа,имеющего соответствующую электронную формулу.

1s² = [He] 1s² 2s² 2p⁶ = [Ne] 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ = [Ar]

Пример: электронная формула атома хлора 1s²2 s²2 p⁶3 s²3 p⁵ или [Ne] 3s²3 p⁵

Схема распределения электронов по энергетическим уровням и подуровням с 1 по 36 элементы.

Атом с номером 1, водород. У него всего 1 электрон, расположенный на 1-м уровне, на s-подуровне. Электронная конфигурация 1 s¹.

Атом с номером 2, гелий. Эва электрона атома гелия расположены на 1s-подуровне. Электронная конфигурация 1 s².

На примере двух электронов гелия введем понятие «спаренных электронов»: два электрона, находящиеся на одной орбитали и отличающиеся только значением спина, называются спаренными.

Если на одной орбитали находится только 1 электрон, то его называют неспаренным.

Атом с номером 3, литий, имеет три электрона. Два из них расположены на 1s-подуровне. Начинается заполнение второго уровня. Электронная конфигурация 1 s²2 s¹.

Атом с номером 4, бериллий. Электронная конфигурация 1 s²2 s². Все электроны спаренные.

Атом с номером 5, бор. 5 электронов, последний неспаренный. Электронная конфигурация

1 s²2 s²2 p¹.

В атомах с номерами 6-10 происходит дальнейшее заполнение 2р-подуровня.

Атом с номером 10, неон. Завершается заполнение 2р-подуровня и второго уровня в целом. На втором уровне 8 электронов. Это максимально возможное количество. Электронная конфигурация 1 s²2 s²2 p⁶,

С элемента номер 11, натрия, начинается заполнение третьего уровня. Электронная конфигурация 1 s²2 s²2 p⁶3 s¹. Порядок заполнения атомов с номерами 11-18 ничем не отличается от порядка заполнения подуровней 2s и 2р.

Последний уровень, который заполняется электронами, называют внешним уровнем.

Сложности начинаются с калия, атома номером 19. Первый и второй энергетические уровни заполнены полностью. На них находятся 10 электронов. Остается еще 1 электрон. На третьем уровне может быть 18 электронов, последний электрон расположится на 3d-подуровне. Заполнение 3d-подуровня начинается только после заполнения 4s_подуровня. Поэтому 3d-подуровень остается свободным, а электронная конфигурация калия будет

1 s²2 s²2 p⁶3 s²3 p⁶3 d⁰ 4 s¹. Внешний уровень – четвертый.

Электронная конфигурация атома кальция, порядковый номер 20,

1 s² 2 s² 2 p⁶ 3 s² 3 p⁶ 3 d⁰ 4 s².

У атома скандия, порядковый номер 21, начинается заполнение 3d-подуровня. Электронная конфигурация 1 s² 2 s² 2 p⁶ 3 s² 3 p⁶ 3 d¹ 4 s². Внешними оказывается и четвертый и третий подуровень.

На d-подуровне располагается 5 орбиталей, поэтому максимально там может расположиться 10 электронов. В атомах с номерами 21-30 происходит постепенное заполнение 3d-подуровня. При этом выполняется правила Хунда.

В атоме с номером 30, электронная конфигурация 1 s² 2 s² 2 p⁶ 3 s² 3 p⁶ 3 d¹⁰ 4 s², на третьем уровне находятся 18 электронов, это максимально возможное число.

Начиная с 31 элемента, происходит дальнейшее заполнение четвертого уровня. Постепенное заполнение 4р-орбитали происходит в атомах элементов 31-36.