1.3 Электронные формулы элементов

Электронная формула элемента (электронная конфигурация атома) описывает распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням, существующим в электронном облаке. Она записывается в порядке возрастания главного квантового числа, в отличие от порядка заполнения атомных орбиталей, который записывается по ходу возрастания суммы (n+l). Первая цифра в формуле равна n, буква после нее соответствует l, а правый верхний индекс равен числу электронов в этом состоянии.

Электронную формулу можно строить на основании положения элемента в таблице Менделеева. Построение начинается с начала каждого периода, номер которого будет совпадать со значением n.

В первую очередь заполняем s– подуровень максимум двумя электронами (два s–элемента), затем р– подуровень максимум шестью электронами. Но, начиная с четвёртого периода, после заполнения 4s– подуровня начинается заполнение не 4р–, а 3d– подуровня, и только после этого заполнится 4р– подуровень. Начиная с шестого периода, после заполнения 6s– подуровня, у лантана заполняется 5d– подуровень одним электроном, после него идут лантаноиды, у которых заполняется 4f– подуровень, после идёт заполнение 5d– подуровня и, в последнюю очередь заполняется 6р– подуровень. Аналогичная картина будет наблюдаться и при построении седьмого периода. Когда мы доходим до интересующего нас элемента, то смотрим, какой подуровень у него заполняется и к какому семейству он относится, затем – каким по счёту он идёт в своём семействе, и записываем такое же количество электронов в его электронную формулу на соответствующий подуровень.

Но удобнее записывать электронную формулу на основании приложения к таблице Менделеева, в которой указано распределение электронов по уровням. В этом случае последовательно заполняем орбитали, начиная с первой 1s-орбитали, имеющимися электронами. При этом нельзя располагать на орбиталях более разрешенного количества электронов.

То есть, вначале заполняем s– подуровень каждого уровня двумя электронами (если s– подуровень является последним, то на нём может быть и один электрон), затем от оставшегося числа электронов на данном уровне отнимаем два. Если полученное число меньше шести, то оно будет соответствовать числу электронов на р– подуровне. Если нет, то заполняем р– подуровень этими шестью электронами, и от оставшегося после первого вычитания числа электронов отнимаем шесть. Если полученное число меньше десяти, то оно будет соответствовать числу электронов на d– подуровне. Если нет, то заполняем d– подуровень этими десятью электронами, и от оставшегося после второго вычитания числа электронов отнимаем десять. Оставшиеся электроны будут располагаться на f– подуровне.

Рассмотрим электронные формулы некоторых элементов (в скобках указано распределение электронов по уровням)

₃Li – 1s²2s¹ (2 1), ₆C – 1s² 2s² 2p² (2 4),

₁₇Cl – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ (2 8 7), ₂₅Mn – 1s² 2s² 2p⁶ 3s²3p⁶ 3d⁵ 4s² (2 8 13 2),

₅₆Ba 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 6s² (2 8 18 18 8 2),

₆₄Gd – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f⁷ 5s² 5p⁶ 5d¹ 6s² (2 8 18 25 9 2),

₉₁Pa₆₄ – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 5f² 6s² 6p⁶ 6d¹ 7s² (2 8 18 32 20 9 2),

₁₀₄Ku – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 5f¹⁴ 6s² 6p⁶ 6d² 7s²

(2 8 1 8 32 32 10 2).

Существует еще одна удобная форма записи распределения электронов в атоме. Каждую орбиталь (квантовую ячейку) рисуют в виде квадратика (горизонтальной линии), а расположенные в ней электроны изображают в виде стрелок. Свободная ячейка означает свободную орбиталь, которую может занимать электрон при возбуждении атома. Получается картинка, называемая орбитальной (энергетической) диаграммой. В отличие от электронных формул, здесь используются не два, а все четыре квантовых числа.

Электронные подуровни, так же как и уровни, различаются по энергии. Они располагаются на разной энергетической "высоте".

Поэтому орбитали – квадратики иногда рисуют так, чтобы орбитали более высокого подуровня располагались выше орбиталей более низкого подуровня. Например, три одинаковых p-орбитали рисуют выше s-орбитали (рисунок 2).

		3d
	3р
3s	Рисунок 2 - Часть диаграммы