Електронна структура атомів

Квантові числа використовують для опису стану електрона в атомі. Поряд з квантовими числами для тих же цілей використовують:

діаграми рівнів енергії атома;
електронні конфігурації.

1. Діаграма рівнів енергії

На малюнку показана діаграма рівнів атома, за допомогою якої можна описати електрони будь-якого атома.

З попереднього матеріалу “Модель атома”, думаю, вам все на діаграмі зрозуміло. Єдиний нюанс, на який слід звернути увагу: з діаграми видно, що 4s-орбіталь має меншу енергію, ніж 3d-орбіталь (тим самим порушується правило, згідно з яким, шари заповнюються електронами в міру збільшення енергії).

Заповнюючи діаграму, слід дотримуватися наступних нескладних правил:

спочатку електрони заповнюють найнижчі з вільних рівнів енергії;
якщо конкретний рівень має більше одного підрівня (для n = 3; 4 …), то кожен з підрівнів буде заповнюватися тільки одним електроном до тих пір, поки всі підрівні цього рівня не матимуть по 1 електрону. Тільки після цього ці підрівні будуть заповнюватися другими електронами. (Правила Гунда).
Давайте побудуємо діаграму для хлору (Cl):

 

Порядковий номер хлору в таблиці – 17. Це означає, що атом хлору містить 17 протонів і 17 електронів. Тобто, нам на діаграмі треба (згідно з правилами) розташувати 17 електронів.

Схематично електрон відображається у вигляді стрілочки. Якщо на орбіталі знаходяться два електрони, то вони відображаються у вигляді двох різноспрямованих стрілок (електрони з різними спинами).

Спочатку заповнюємо найнижчий енергетичний рівень: 1s-орбіталь. На ній розміщується 2 електрона.
Наступні 2 електрона займають 2s-орбіталь.
Наступний енергетичний рівень: 2p-орбіталь – 6 електронів.
Наступні 2 електрона – 3s-орбіталь.
Решта 5 електронів розташовуються на 3p-орбіталі, утворюючи дві спінові пари (у останнього електрона пари немає).

2. Електронна конфігурація
Все на діаграмах досить зрозуміло і наочно, але громіздко. Використовуючи електронну конфігурацію, діаграму можна висловити однією короткою рядком. Так для хлору: 1s22s22p63s23p5.

В електронній конфігурації вказується назва орбіталі енергетичного рівня в верхньому індексі якої знаходиться кількість електронів, розташованих на цій орбіталі.

Сума чисел, які є верхніми індексами, дорівнює порядковому номеру атома, тобто, кількістю електронів в атомі.
Трохи попрактівовашісь ви без зусиль зможете записувати електронну конфігурацію атома, знаючи число електронів і принцип заповнення орбіталей.

3. Валентні електрони
Раніше ми говорили, що атом є нейтрально зарядженою часткою, оскільки кількість електронів і протонів в ньому однаково. Однак, електрони, що знаходяться на найдальших орбиталях, слабо притягуються позитивними протонами, що знаходяться в ядрі атома. Тому, атоми елементів здатні віддавати і приєднувати електрони.

Електрони, розташовані на зовнішньому незавершеному енергетичному рівні, називаються валентними електронами.
До валентним відносяться тільки електрони на s і p-орбіталях.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Гідратація