Электронные конфигурации атомов

Схематическое изображение орбиталей с учетом их энергии называется энергетическая диаграммой атома. Она отражает взаимное расположение уровней и подуровней энергии.

На схеме орбитали обозначают в виде ячеек: , а электроны - в виде стрелок: или

Электрон может занять любую свободную орбиталь, но, согласно принципу минимума энергии, всегда предпочитает ту орбиталь, у которой энергия ниже. Принцип запрета Паули ограничивает число электронов на каждой орбитали. Поэтому в одной ячейке (на атомной орбитали) может быть только один или два электрона. На каждом s -подуровне (одна орбиталь) могут находиться два электрона, на каждом p -подуровне (три орбитали) - шесть электронов, на каждом d -подуровне (пять орбиталей) - десять электронов. Правило Гунда определяет порядок заселения орбиталей с одинаковой энергией.

Таким образом, можно получить последовательность заселения атомных орбиталей электронами:

рисунок 11

Действуя с помощью принципа минимума энергии, принципа Паули и правила Гунда, можно определить порядок заселения орбиталей электронами и построить электронную формулу любого элемента.

рисунок 12

Электронная конфигурация (формула) атома - распределение электронов по орбиталям в основном (невозбужденном) состоянии этого атома и его ионов: 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶... Число электронов на орбиталях данного подуровня указывается в верхнем индексе справа от буквы, например 3 d ⁵ - это 5 электронов на 3 d -подуровне.

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

 1 s ² = [He]

 1 s ²2 s ²2 p ⁶ = [Ne]

 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶ = [Ar]

Например, электронная формула атома хлора 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁵, или [Ne]3 s ²3 p ⁵. За скобки вынесены валентные электроны, принимающие участие в образовании химических связей.

Для больших периодов (особенно шестого и седьмого) построение электронных конфигураций атомов имеет более сложных характер. Например, 4 f -электрон появляется не в атоме лантана, а в атоме следующего за ним церия. Последовательное заполнение 4 f -подуровня прерывается в атоме гадолиния, где имеется 5 d -электрон.

От строения атома зависит его радиус, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность и другие параметры атома. Электронные оболочки атомов определяют оптические, электрические, магнитные, а главное - химические свойства атомов и молекул, а также большинство свойств твердых тел.

Дата добавления: 2014-10-23