Электронная формула

Электронная оболочка имеет слоистое строение. Каждый электрон расположен в зависимости от определенных значений квантовых чисел: (n, и m ).

Последовательность расположения электронов выражается электронной формулой. При её написании придерживаются следующих правил:

- Принцип наименьшей энергии. Правило Клечковского.

- Принцип Паули. Ёмкость уровней и подуровней.

- Правило Хунда. Расположение электронов в энергетических ячейках или правило максимального суммарного спина.

ПРАВИЛО КЛЕЧКОВСКОГО. Заполнение электронами атомных орбиталей происходит по мере увеличения суммы (n + ). Если для двух подуровней сумма (n + ) одинакова, то сначала заполняется подуровень с меньшим n.

В соответствии с этим правилом электронами заполняются сначала те подуровни, для которых сумма значений (n + ) является наименьшей, т.е. имеет меньший запас энергии.

Например, подуровень 4s (n + = 4 + 0) заполняется раньше, чем 3 d (n + = = 3 + 2).

При одинаковой сумме (n + ) сначала заполняется подуровень с меньшим значением n. Так, для подуровней 4f, 5d, 6р, 7s сумма (n + ) равна 7. В этом случае заполняются подуровни с меньшим значением n, т.е. в последовательности: 4f  5d  6р  7s.

Итак, по мере возрастания энергии уровней и подуровней заполнение их электронами идет в следующем порядке:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  (5d¹)   4f  5d^2-10  6р  7s (6d¹)  5f  6d^2-10  7р.

ПРИНЦИП ПАУЛИ. В атоме не может быть двух электронов с одинаковым значением 4-х квантовых чисел, т.е. в атоме не может быть двух электронов в одинаковом квантовом состоянии. Это правило ограничивает число электронов в одной энергетической ячейке, или атомной орбитали. В одной ячейке может быть только два электрона, которые отличаются между собой значениями спинового квантового числа m_s. Оно принимает только два значения: + ½ и – ½. Следовательно, зная число ячеек на уровнях и подуровнях, можно определить их ёмкость, т.е. количество электронов на уровнях и подуровнях (схема 4).

ПРАВИЛО ХУНДА. Электроны в пределах одного подуровня стремятся занять максимальное число ячеек.

При этом суммарное спиновое число (m_s) максимально. Например, 4 электрона располагаются по пяти d – орбиталям следующим образом:

2-подуровень









d – подуровень

Энергетические уровни Атомные орбитали, АО Число

и подуровни электронов ^{_________________________} 4f 14

^{____________________________} 4d 10

n = 4 32 ^{_________________________} 4p 6

^{_________________________} 4s 2

^{_________________________} 3d 10

n = 3 ^{_________________________} 3p 6 18

^{_________________________} 3s 2

^{_________________________} 2p 6

n = 2 8

^{_________________________} 2s 2

n = 1 ^{_________________________} 1s 2 2

Схема 4. Емкость уровней и подуровней

Пример. Распределение электронов в атоме кобальта.

Электронная формула:

⁵⁹₂₇Со 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁷ 4s²,

где 1, 2, 3, 4 – энергетические уровни; s, p, d - подуровни.

Индексы справа от букв показывают число электронов, ограниченное принципом Паули.