1 .4.2 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:

Для понимания химических свойств элемента достаточно рассмотреть электронные формулы и электронно-графические схемы, на которых показаны только валентные электроны (т.е. электроны, участвующие в образовании химических связей). Такие электронные формулы и электронно-графические схемы называют сокращёнными. Для элементов второго периода валентными являются электроны и орбитали внешнего энергетического уровня.

Сокращённая электронная формула атома лития: 2s¹.

Ниже показана сокращённая электронно-графическая схема атома лития.

Иногда, чтобы подчеркнуть наличие в атоме незаполненных 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

N 2s²2p³

O 2s²2p⁴

F 2s²2p⁵

Ne 2s²2p⁶

У стойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина максимально (правило Хунда). Поэтому при заполнении p-орбиталей атомов углерода и азота каждый электрон заполняет свободную орбиталь, а не спаривается с другим электроном.

Правило Хунда не запрещает другого распределения электронов в пределах подуровня. Оно лишь утверждает, что максимальное абсолютное значение суммарного спина соответствует невозбуждённому состоянию; любое другое распределение электронов в пределах подуровня соответствует возбуждённому состоянию.

абсолютное значение абсолютное значение

суммарного спина: суммарного спина:

| +1/2 +1/2 +1/2 | = 3/2; | +1/2 – 1/2 + 1/2 | = 1/2;

максимальное значение; не является максимальным;

(невозбуждённое состояние); (возбуждённое состояние).