Строение электронных оболочек атомов

Состояние электрона в многоэлектронных атомах всегда отвечает закону, сформулированному Паули: в атоме не может быть даже двух электронов, обладающих одинаковым набором всех четырех квантовых чисел. Это говорит о том, что на атомной орбитале может находится не более двух электронов.

Электронная оболочка имеет упорядоченное строение. Она состоит из электронных уровней (слоев), число которых равно номеру периода. В соответствии с принципом Паули максимальное число электронов на энергетическом уровне равно 2n².

Каждый уровень, кроме первого, делится на подуровни. Число подуровней равно номеру уровня, максимальное число электронов на подуровне-2(2l +1).

Чем выше расположен уровень, тем больше энергия его электронов.

Наименьшей энергией обладают электроны первого уровня а наибольшей -внешнего уровня. Наиболее устойчиво состояние атома, в котором электроны имеют наименьшую энергию.

Заполнение электронной оболочки происходит в соответствии с тремя правилами:

1. Заполнение электронной оболочки происходит в порядке возрастания энергии уровней (принцип наименьших энергий).

2. Заполнение подуровней происходит в соответствии с правилом Клечковского:

- электроны заполняют тот подуровень для которого сумма значений главного и орбитального квантовых числе наименьшая;

- если сумма значений главного и орбитального квантовых чисел одинакова, то электроны заполняют тот подуровень для которого меньше значение главного квантового числа.

Отсюда следует следующий порядок заполнения уровней и подуровней: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

3. Порядок заполнения атомных орбиталей происходит в соответствии с правилом Хунда: электроны заполняют атомные орбитали таким образом чтобы спин был максимальным.

Например:

₊₁₅ Р 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

₊₂₅ Mn 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ 3d⁵ 4s²

Приведённые формулы называются полными электронными формулами элемента. В зависимости от того электроны какого подуровня заполняются у данного элемента, они делятся на s-,p-,d-, f- элементы.

К s-элементам относятся элементы главных подгрупп первой и второй групп, р-элементы - это элементы главных подгрупп всех остальных групп. К d-элементам относятся элементы побочных подгрупп, а к f-элементам - лантаноиды и актиноиды.

Обычно используют сокращённые электронные формулы, содержащие только электроны валентного уровня, число которых равно номеру группы. (для элементов главных подгрупп валентными являются электроны последнего энергетического уровня, для элементов побочных подгрупп последнего s и предпоследнего d).

Эти формулы используют для определения валентных возможностей атома. Их легко составить, зная период и группу атома. Например, бром-это элемент четвертого периода седьмой группы главной подгруппы, поэтому его сокращенная электронная формула: ₊₃₅Вr...4s² 4p ⁵; ванадий элемент четвертого периода пятой группы побочной подгрупп: ₊₂₃V …3d³ 4s²

2. Электронно-графические формулы

Эти схемы используют для определения валентных возможностей

атома. Уровни и подуровни должны располагаться в соответствии с их энергией: чем выше подуровень, тем выше его располагают. Орбитали изоб-ражают квадратиком или черточкой.

Например: Е 3d

₁₇Cl...3s² 3p⁵

3p

3s