5. Электронные конфигурации атомов и Периодическая система.

Электронная конфигурация атома – это распределение всех электронов атомов по уровням, подуровням и орбиталям.

Существуют 2 способа описания электронной конфигурации:

1 – электронные формулы,

2– электроно-графические конфигурации.

Для атома характерно основное состояние (с минимумом энергии) или состояние покоя и возбужденное.

Элементы первого периода (H, He)

Порядковый номер элемента в периодической таблице равен заряду ядра атома Z, а следовательно, и общему числу электронов в атоме.

Наиболее устойчивое (невозбуждённое) состояние электрона в атоме соответствует минимально возможному значению энергии данного электрона.

Любое другое состояние является возбуждённым; из него электрон самопроизвольно переходит в состояние с более низкой энергией.

В невозбуждённом атоме водорода (Z = 1) единственный электрон находится на самом низком из возможных энергетических уровней: n = 1. В этом случае орбитальное квантовое число может принимать только одно значение l = 0. Следовательно, первый энергетический уровень образован единственной s-орбиталью, на которой и находится электрон.

Электронно-графическая схема атома водорода:

Электронная формула атома водорода: 1s¹.

В атоме гелия (Z = 2) второй электрон также находится на 1s орбитали. Электронная формула атома гелия: 1s².

Электронно-графическая схема атома гелия:

Элементы второго периода (Li – Ne)

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

При n = 2 орбитальное квантовое число может принимать два значения: l = 0; 1. Таким образом, второй энергетический уровень образован орбиталями двух типов: одной s-орбиталью и тремя p-орбиталями.

Заполнение орбиталей электронами происходит таким образом, что сначала заполняется более низкая по энергии орбиталь. Поэтому третий электрон в невозбужденном атоме лития располагается на 2s-орбитали, так как 2s-орбиталь имеет более низкую энергию, чем 2p-орбиталь. Полная электронная формула атома лития: 1s²2s¹. Ниже показана полная электронно-графическая схема невозбуждённого атома лития:

Сокращённая электронная формула атома лития: 2s¹.

Ниже показана сокращённая электронно-графическая схема атома лития.

2s1.

Иногда, чтобы подчеркнуть наличие в атоме не заполненных электронами орбиталей, сокращённую электронную формулу записывают так: Li 2s¹2p⁰.

Сокращённая электронно-графическая схема и сокращённая электронная формула следующего за литием атома бериллия (Z = 4) выглядят следующим образом:

Be 2s²

Элементы, в атомах которых электронами заполняются s-орбитали, называются s-элементами (т.е. H, He, Li, Be – это s-элементы). Следует отметить, что все s-элементы, за исключением водорода и гелия, являются металлами.

Следующие за бериллием элементы второго периода – бор, углерод, азот, кислород, фтор, неон – являются p-элементами: у них заполняются электронами p-орбитали. Ниже представлены сокращённые электронно-графические схемы и сокращённые электронные формулы этих элементов.

B 2s22p1	C 2s22p2
F 2s22p5	Ne 2s22p6

Элементы III периода (Na – Ar)

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня невозбуждённых атомов элементов III периода такая же, как и у элементов соответствующих групп II периода. Различие состоит лишь в том, что у элементов III периода заполняются орбитали третьего энергетического уровня (n = 3). В этом случае орбитальное квантовое число l может принимать три значения: 0; 1; 2. Следовательно, третий энергетический уровень образован орбиталями трёх типов: одной s-орбиталью, тремя p-орбиталями, пятью d-орбиталями.

Элемент второго периода: Элемент третьего периода:

Таким образом, номер периода, в котором находится элемент, равен главному квантовому числу, которое характеризует электроны внешнего энергетического уровня.

У атомов всех элементов III периода, находящихся в невозбуждённом состоянии, 3d-орбитали являются вакантными (т.е. незаполненными электронами). При возбуждении атома, которое происходит в результате передачи атому извне дополнительной энергии, спаренные электроны, находящиеся на 3p-подуровне (а также на 3s-подуровне), могут расспариваться и переходить на более высокий по энергии 3d-подуровень.

невозбуждённое

состояние

возбуждённое состояние

возбуждённое состояние

Таким образом, расположение элементов в периодической системе соответствует электронному строению их атомов, а электронное строение атомов определяется зарядом их ядер. Поэтому современная формулировка Периодического закона – это свойства элементов и образуемых ими простых веществ и химических соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов;

13