Загрузить PDF
Загрузить PDF
Электронная конфигурация атома — это численное представление его электронных орбиталей. Электронные орбитали — это области различной формы, расположенные вокруг атомного ядра, в которых математически вероятно нахождение электрона. Электронная конфигурация помогает быстро и с легкостью сказать читателю, сколько электронных орбиталей есть у атома, а также определить количество электронов, находящихся на каждой орбитали. Прочитав эту статью, вы освоите метод составления электронных конфигураций.
-
1
Найдите атомный номер вашего атома. Каждый атом имеет определенное число электронов, связанных с ним. Найдите символ вашего атома в таблице Менделеева. Атомный номер — это целое положительное число, начинающееся от 1 (у водорода) и возрастающее на единицу у каждого последующего атома. Атомный номер — это число протонов в атоме, и, следовательно, это еще и число электронов атома с нулевым зарядом.
-
2
Определите заряд атома. Нейтральные атомы будут иметь столько же электронов, сколько показано в таблице Менделеева. Однако заряженные атомы будут иметь большее или меньшее число электронов — в зависимости от величины их заряда. Если вы работаете с заряженным атомом, добавляйте или вычитайте электроны следующим образом: добавляйте один электрон на каждый отрицательный заряд и вычитайте один на каждый положительный.
- Например, атом натрия с зарядом -1 будет иметь дополнительный электрон в добавок к своему базовому атомному числу 11. Иначе говоря, в сумме у атома будет 12 электронов.
- Если речь идет об атоме натрия с зарядом +1, от базового атомного числа 11 нужно отнять один электрон. Таким образом, у атома будет 10 электронов.
-
3
Запомните базовый список орбиталей. По мере того, как у атома увеличивается число электронов, они заполняют различные подуровни электронной оболочки атома согласно определенной последовательности. Каждый подуровень электронной оболочки, будучи заполненным, содержит четное число электронов. Имеются следующие подуровни:
- s-подуровень (любое число в электронной конфигурации, которое стоит перед буквой “s”) содержит единственную орбиталь, и, согласно Принципу Паули, одна орбиталь может содержать максимум 2 электрона, следовательно, на каждом s-подуровне электронной оболочки может находиться 2 электрона.
- p-подуровень содержит 3 орбитали, и поэтому может содержать максимум 6 электронов.
- d-подуровень содержит 5 орбиталей, поэтому в нем может быть до 10 электронов.
- f-подуровень содержит 7 орбиталей, поэтому в нем может быть до 14 электронов.
- g-, h-, i- и k-подуровни являются теоретическими. Атомы, содержащие электроны в этих орбиталях, неизвестны. g-подуровень содержит 9 орбиталей, поэтому теоретически в нем может быть 18 электронов. В h-подуровне может быть 11 орбиталей и максимум 22 электрона; в i-подуровне —13 орбиталей и максимум 26 электронов; в k-подуровне — 15 орбиталей и максимум 30 электронов.
- Запомните порядок орбиталей с помощью мнемонического приема:[1]
Sober Physicists Don’t Find Giraffes Hiding In Kitchens (трезвые физики не находят жирафов, скрывающихся на кухнях).
-
4
Разберитесь в записи электронной конфигурации. Электронные конфигурации записываются для того, чтобы четко отразить количество электронов на каждой орбитали. Орбитали записываются последовательно, причем количество атомов в каждой орбитали записывается как верхний индекс справа от названия орбитали. Завершенная электронная конфигурация имеет вид последовательности обозначений подуровней и верхних индексов.
- Вот, например, простейшая электронная конфигурация: 1s2 2s2 2p6. Эта конфигурация показывает, что на подуровне 1s имеется два электрона, два электрона — на подуровне 2s и шесть электронов на подуровне 2p. 2 + 2 + 6 = 10 электронов в сумме. Это электронная конфигурация нейтрального атома неона (атомный номер неона — 10).
-
5
Запомните порядок орбиталей. Имейте в виду, что электронные орбитали нумеруются в порядке возрастания номера электронной оболочки, но располагаются по возрастанию энергии. Например, заполненная орбиталь 4s2 имеет меньшую энергию (или менее подвижна), чем частично заполненная или заполненная 3d10, поэтому сначала записывается орбиталь 4s. Как только вы будете знать порядок орбиталей, вы сможете с легкостью заполнять их в соответствии с количеством электронов в атоме. Порядок заполнения орбиталей следующий: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.
- Электронная конфигурация атома, в котором заполнены все орбитали, будет иметь следующий вид: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d107p6
- Обратите внимание, что приведенная выше запись, когда заполнены все орбитали, является электронной конфигурацией элемента Uuo (унуноктия) 118, атома периодической системы с самым большим номером. Поэтому данная электронная конфигурация содержит все известные в наше время электронные подуровни нейтрально заряженного атома.
-
6
Заполняйте орбитали согласно количеству электронов в вашем атоме. Например, если мы хотим записать электронную конфигурацию нейтрального атома кальция, мы должны начать с поиска его атомного номера в таблице Менделеева. Его атомный номер — 20, поэтому мы напишем конфигурацию атома с 20 электронами согласно приведенному выше порядку.
- Заполняйте орбитали согласно приведенному выше порядку, пока не достигнете двадцатого электрона. На первой 1s орбитали будут находится два электрона, на 2s орбитали — также два, на 2p — шесть, на 3s — два, на 3p — 6, и на 4s — 2 (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20.) Иными словами, электронная конфигурация кальция имеет вид: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2.
- Обратите внимание: орбитали располагаются в порядке возрастания энергии. Например, когда вы уже готовы перейти на 4-й энергетический уровень, то сначала записывайте 4s орбиталь, а затем 3d. После четвертого энергетического уровня вы переходите на пятый, на котором повторяется такой же порядок. Это происходит только после третьего энергетического уровня.
-
7
Используйте таблицу Менделеева как визуальную подсказку. Вы, вероятно, уже заметили, что форма периодической системы соответствует порядку электронных подуровней в электронных конфигурациях. Например, атомы во второй колонке слева всегда заканчиваются на “s2“, а атомы на правом краю тонкой средней части оканчиваются на “d10” и т.д. Используйте периодическую систему как визуальное руководство к написанию конфигураций — как порядок, согласно которому вы добавляете к орбиталям соответствует вашему положению в таблице. Смотрите ниже:
- В частности, две самые левые колонки содержат атомы, чьи электронные конфигурации заканчиваются s-орбиталями, в правом блоке таблицы представлены атомы, чьи конфигурации заканчиваются p-орбиталями, а в нижней части атомы заканчиваются f-орбиталями.
- Например, когда вы записываете электронную конфигурацию хлора, размышляйте следующим образом: “Этот атом расположен в третьем ряду (или “периоде”) таблицы Менделеева. Также он располагается в пятой группе орбитального блока p периодической системы. Поэтому, его электронная конфигурация будет заканчиваться на …3p5
- Обратите внимание: элементы в области орбиталей d и f таблицы характеризуются энергетическими уровнями, которые не соответствуют периоду, в котором они расположены. Например, первый ряд блока элементов с d-орбиталями соответствует 3d орбиталям, хотя и располагается в 4 периоде, а первый ряд элементов с f-орбиталями соответствует орбитали 4f, несмотря на то, что он находится в 6 периоде.
-
8
Выучите сокращения написания длинных электронных конфигураций. Атомы на правом краю периодической системы называются благородными газами. Эти элементы химически очень устойчивы. Чтобы сократить процесс написания длинных электронных конфигураций, просто записывайте в квадратных скобках химический символ ближайшего благородного газа с меньшим по сравнению с вашим атомом числом электронов, а затем продолжайте писать электронную конфигурацию последующих орбитальных уровней. Смотрите ниже:
- Чтобы понять эту концепцию, полезно будет написать пример конфигурации. Давайте напишем конфигурацию цинка (атомный номер 30), используя сокращение, включающее благородный газ. Полная конфигурация цинка выглядит так: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10. Однако мы видим, что 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 — это электронная конфигурация аргона, благородного газа. Просто замените часть записи электронной конфигурации цинка химическим символом аргона в квадратных скобках ([Ar].)
- Итак, электронная конфигурация цинка, записанная в сокращенном виде, имеет вид: [Ar]4s2 3d10.
- Учтите, если вы пишете электронную конфигурацию благородного газа, скажем, аргона, писать [Ar] нельзя! Нужно использовать сокращение благородного газа, стоящего перед этим элементом; для аргона это будет неон ([Ne]).
Реклама
-
1
Освойте периодическую таблицу ADOMAH. Данный метод записи электронной конфигурации не требует запоминания, однако требует наличия переделанной периодической таблицы, поскольку в традиционной таблице Менделеева, начиная с четвертого периода, номер периода не соответствует электронной оболочке. Найдите периодическую таблицу ADOMAH — особый тип периодической таблицы, разработанный ученым Валерием Циммерманом. Ее легко найти посредством короткого поиска в интернете.[2]
- В периодической таблице ADOMAH горизонтальные ряды представляют группы элементов, такие как галогены, инертные газы, щелочные металлы, щелочноземельные металлы и т.д. Вертикальные колонки соответствуют электронным уровням, а так называемые “каскады” (диагональные линии, соединяющие блоки s,p,d и f) соответствуют периодам.
- Гелий перемещен к водороду, поскольку оба этих элемента характеризуются орбиталью 1s. Блоки периодов (s,p,d и f) показаны с правой стороны, а номера уровней приведены в основании. Элементы представлены в прямоугольниках, пронумерованных от 1 до 120. Эти номера являются обычными атомными номерами, которые представляют общее количество электронов в нейтральном атоме.
-
2
Найдите ваш атом в таблице ADOMAH. Чтобы записать электронную конфигурацию элемента, найдите его символ в периодической таблице ADOMAH и вычеркните все элементы с большим атомным номером. Например, если вам нужно записать электронную конфигурацию эрбия (68), вычеркните все элементы от 69 до 120.
- Обратите внимание на номера от 1 до 8 в основании таблицы. Это номера электронных уровней, или номера колонок. Игнорируйте колонки, которые содержат только вычеркнутые элементы. Для эрбия остаются колонки с номерами 1,2,3,4,5 и 6.
-
3
Посчитайте орбитальные подуровни до вашего элемента. Смотря на символы блоков, приведенные справа от таблицы (s, p, d, and f), и на номера колонок, показанные в основании, игнорируйте диагональные линии между блоками и разбейте колонки на блоки-колонки, перечислив их по порядку снизу вверх. И снова игнорируйте блоки, в которых вычеркнуты все элементы. Запишите блоки-колонки, начиная от номера колонки, за которым следует символ блока, таким образом: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (для эрбия).
- Обратите внимание: Приведенная выше электронная конфигурация Er записана в порядке возрастания номера электронного подуровня. Ее можно также записать в порядке заполнения орбиталей. Для этого следуйте по каскадам снизу вверх, а не по колонкам, когда вы записываете блоки-колонки: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f12.
-
4
Посчитайте электроны для каждого электронного подуровня. Подсчитайте элементы, в каждом блоке-колонке которые не были вычеркнуты, прикрепляя по одному электрону от каждого элемента, и запишите их количество рядом с символом блока для каждого блока-колонки таким образом: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f12 5s2 5p6 6s2. В нашем примере это электронная конфигурация эрбия.
-
5
Учитывайте неправильные электронные конфигурации. Существует восемнадцать типичных исключений, относящихся к электронным конфигурациям атомов в состоянии с наименьшей энергией, также называемом основным энергетическим состоянием. Они не подчиняются общему правилу только по последним двум-трем положениям, занимаемым электронами. При этом действительная электронная конфигурация предполагает нахождение электронов в состоянии с более низкой энергией в сравнении со стандартной конфигурацией атома. К атомам-исключениям относятся:
- Cr (…, 3d5, 4s1); Cu (…, 3d10, 4s1); Nb (…, 4d4, 5s1); Mo (…, 4d5, 5s1); Ru (…, 4d7, 5s1); Rh (…, 4d8, 5s1); Pd (…, 4d10, 5s0); Ag (…, 4d10, 5s1); La (…, 5d1, 6s2); Ce (…, 4f1, 5d1, 6s2); Gd (…, 4f7, 5d1, 6s2); Au (…, 5d10, 6s1); Ac (…, 6d1, 7s2); Th (…, 6d2, 7s2); Pa (…, 5f2, 6d1, 7s2); U (…, 5f3, 6d1, 7s2); Np (…, 5f4, 6d1, 7s2) и Cm (…, 5f7, 6d1, 7s2).
Реклама
Советы
- Чтобы найти атомный номер атома, когда он записан в форме электронной конфигурации, просто сложите все числа, которые идут за буквами (s, p, d, и f). Это работает только для нейтральных атомов, если вы имеете дело с ионом, то ничего не получится — вам придется добавить или вычесть количество дополнительных или потерянных электронов.
- Число, идущее за буквой — это верхний индекс, не сделайте ошибку в контрольной.
- “Стабильности полузаполненного” подуровня не существует. Это упрощение. Любая стабильность, которая относится к “наполовину заполненным” подуровням, имеет место из-за того, что каждая орбиталь занята одним электроном, поэтому минимизируется отталкивание между электронами.
- Каждый атом стремится к стабильному состоянию, а самые стабильные конфигурации имеют заполненные подуровни s и p (s2 и p6). Такая конфигурация есть у благородных газов, поэтому они редко вступают в реакции и в таблице Менделеева расположены справа. Поэтому, если конфигурация заканчивается на 3p4, то для достижения стабильного состояния ей необходимо два электрона (чтобы потерять шесть, включая электроны s-подуровня, потребуется больше энергии, поэтому потерять четыре легче). А если конфигурация оканчивается на 4d3, то для достижения стабильного состояния ей необходимо потерять три электрона. Кроме того, полузаполненные подуровни (s1, p3, d5..) являются более стабильными, чем, например, p4 или p2; однако s2 и p6 будут еще более устойчивыми.
- Когда вы имеете дело с ионом, это значит, что количество протонов не равно количеству электронов. Заряд атома в этом случае будет изображен сверху справа (как правило) от химического символа. Поэтому атом сурьмы с зарядом +2 имеет электронную конфигурацию 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p1. Обратите внимание, что 5p3 изменилось на 5p1. Будьте внимательны, когда конфигурация нейтрального атома заканчивается на подуровни, отличные от s и p. Когда вы забираете электроны, вы можете забрать их только с валентных орбиталей (s и p орбиталей). Поэтому, если конфигурация заканчивается на 4s2 3d7 и атом получает заряд +2, то конфигурация будет заканчиваться 4s0 3d7. Обратите внимание, что 3d7 не меняется, вместо этого теряются электроны s-орбитали.
- Существуют условия, когда электрон вынужден “перейти на более высокий энергетический уровень”. Когда подуровню не хватает одного электрона до половинной или полной заполненности, заберите один электрон из ближайшего s или p- подуровня и переместите его на тот подуровень, которому необходим электрон.
- Имеется два варианта записи электронной конфигурации. Их можно записывать в порядке возрастания номеров энергетических уровней или в порядке заполнения электронных орбиталей, как было показано выше для эрбия.
- Также вы можете записывать электронную конфигурацию элемента, записав лишь валентную конфигурацию, которая представляет собой последний s и p подуровень. Таким образом, валентная конфигурация сурьмы будет иметь вид 5s2 5p3.
- Ионы не то же самое. С ними гораздо сложнее. Пропустите два уровня и действуйте по той же схеме в зависимости от того, где вы начали, и от того, насколько велико количество электронов.
Реклама
Об этой статье
Эту страницу просматривали 482 905 раз.
Была ли эта статья полезной?
Атомно-молекулярное учение
Мы приступаем к изучению химии – мира молекул и атомов. В этой статье мы рассмотрим базисные понятия и разберемся с электронными
формулами элементов.
Атом (греч. а – отриц. частица + tomos – отдел, греч. atomos – неделимый) – электронейтральная частица вещества микроскопических
размеров и массы, состоящая из положительно заряженного ядра (протонов) и отрицательно заряженных электронов (электронные орбитали).
Описываемая модель атома называется “планетарной” и была предложена в 1913 году великими физиками: Нильсом Бором и Эрнестом Резерфордом
Протон (греч. protos – первый) – положительно заряженная (+1) элементарная частица, вместе с нейтронами образует ядра атомов
элементов. Нейтрон (лат. neuter – ни тот, ни другой) – нейтральная (0) элементарная частица, присутствующая в ядрах всех
химических элементов, кроме водорода.
Электрон (греч. elektron – янтарь) – стабильная элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом (-1), заряд атома –
порядковый номер в таблице Менделеева – равен числу электронов (и, соответственно, протонов).
Запомните, что в невозбужденном состоянии атом содержит одинаковое число электронов и протонов. Так у кальция (порядковый номер 20)
в ядре находится 20 протонов, а вокруг ядра на электронных орбиталях 20 электронов.
Я еще раз подчеркну эту важную деталь. На данном этапе будет отлично, если вы запомните простое правило:
порядковый номер элемента = числу электронов. Это наиболее важно для практического применения и изучения следующей темы.
Электронная конфигурация атома
Электроны атома находятся в непрерывном движении вокруг ядра. Энергия электронов отличается друг от друга, в соответствии с этим
электроны занимают различные энергетические уровни.
Энергетические уровни подразделяются на несколько подуровней:
- Первый уровень
- Второй уровень
- Третий уровень
- Четвертый уровень
Состоит из s-подуровня: одной “1s” ячейки, в которой помещаются 2 электрона (заполненный электронами – 1s2)
Состоит из s-подуровня: одной “s” ячейки (2s2) и p-подуровня: трех “p” ячеек (2p6), на которых
помещается 6 электронов
Состоит из s-подуровня: одной “s” ячейки (3s2), p-подуровня: трех “p” ячеек (3p6) и d-подуровня:
пяти “d” ячеек (3d10), в которых помещается 10 электронов
Состоит из s-подуровня: одной “s” ячейки (4s2), p-подуровня: трех “p” ячеек (4p6), d-подуровня:
пяти “d” ячеек (4d10) и f-подуровня: семи “f” ячеек (4f14), на которых помещается 14
электронов
Зная теорию об энергетических уровнях и порядковый номер элемента из таблицы Менделеева, вы должны расположить определенное число
электронов, начиная от уровня с наименьшей энергией и заканчивая к уровнем с наибольшей. Чуть ниже вы увидите несколько примеров, а
также узнаете об исключении, которое только подтверждает данные правила.
Подуровни: “s”, “p” и “d”, которые мы только что обсудили, имеют в определенную конфигурацию в пространстве. По этим подуровням, или
атомным орбиталям, движутся электроны, создавая определенный “рисунок”.
S-орбиталь похожа на сферу, p-орбиталь напоминает песочные часы, d-орбиталь – клеверный лист.
Правила заполнения электронных орбиталей и примеры
Существует ряд правил, которые применяют при составлении электронных конфигураций атомов:
- Сперва следует заполнить орбитали с наименьшей энергией, и только после переходить к энергетически более высоким
- На орбитали (в одной “ячейке”) не может располагаться более двух электронов
- Орбитали заполняются электронами так: сначала в каждую ячейку помещают по одному электрону, после чего орбитали дополняются
еще одним электроном с противоположным направлением - Порядок заполнения орбиталей: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s
Должно быть, вы обратили внимание на некоторое несоответствие: после 3p подуровня следует переход к 4s, хотя логично было
бы заполнить до конца 4s подуровень. Однако природа распорядилась иначе.
Запомните, что, только заполнив 4s подуровень двумя электронами, можно переходить к 3d подуровню.
Без практики теория мертва, так что приступает к тренировке. Нам нужно составить электронную конфигурацию атомов углерода и
серы. Для начала определим их порядковый номер, который подскажет нам число их электронов. У углерода – 6, у серы – 16.
Теперь мы располагаем указанное количество электронов на энергетических уровнях, руководствуясь правилами заполнения.
Обращаю ваше особе внимание: на 2p-подуровне углерода мы расположили 2 электрона в разные ячейки, следуя одному из правил.
А на 3p-подуровне у серы электронов оказалось много, поэтому сначала мы расположили 3 электрона по отдельным ячейкам, а оставшимся
одним электроном дополнили первую ячейку.
Таким образом, электронные конфигурации наших элементов:
- Углерод – 1s22s22p2
- Серы – 1s22s22p63s23p4
Внешний уровень и валентные электроны
Количество электронов на внешнем (валентном) уровне – это число электронов на наивысшем энергетическом уровне, которого достигает элемент. Такие электроны называются валентными: они могут быть спаренными или неспаренными. Иногда
для наглядного представления конфигурацию внешнего уровня записывают отдельно:
- Углерод – 2s22p2 (4 валентных электрона)
- Сера -3s23p4 (6 валентных электронов)
Неспаренные валентные электроны способны к образованию химической связи. Их число соответствует количеству связей, которые данный атом может образовать с другими атомами. Таким образом неспаренные валентные электроны тесно связаны с валентностью – способностью атомов образовывать определенное число химических связей.
- Углерод – 2s22p2 (2 неспаренных валентных электрона)
- Сера -3s23p4 (2 неспаренных валентных электрона)
Тренировка
Потренируйтесь и сами составьте электронную конфигурацию для магния и скандия. Определите число электронов на внешнем (валентном) уровне и число неспаренных
электронов. Ниже будет дано наглядное объяснение этой задаче.
Запишем получившиеся электронные конфигурации магния и скандия:
- Магний – 1s22s22p63s2
- Скандий – 1s22s22p63s23p64s23d1
В целом несложная и интересная тема электронных конфигураций отягощена небольшим исключением – провалом электрона, которое только подтверждает общее
правило: любая система стремится занять наименее энергозатратное состояние.
Провал электрона
Провалом электрона называют переход электрона с внешнего, более высокого энергетического уровня, на предвнешний, энергетически более
низкий. Это связано с большей энергетической устойчивостью получающихся при этом электронных конфигураций.
Подобное явление характерно лишь для некоторых элементов: медь, хром, серебро, золото, молибден. Для примера выберем хром, и рассмотрим
две электронных конфигурации: первую “неправильную” (сделаем вид, будто мы не знаем про провал электрона) и вторую правильную, написанную
с учетом провала электрона.
Теперь вы понимаете, что кроется под явлением провала электрона. Запишите электронные конфигурации хрома и меди самостоятельно еще раз и
сверьте с представленными ниже.
Основное и возбужденное состояние атома
Основное и возбужденное состояние атома отражаются на электронных конфигурациях. Возбужденное состояние связано с движением электронов
относительно атомных ядер. Говоря проще: при возбуждении пары электронов распариваются и занимают новые ячейки.
Возбужденное состояние является для атома нестабильным, поэтому долгое время в нем он пребывать не может. У некоторых атомов: азота,
кислорода , фтора – возбужденное состояние невозможно, так как отсутствуют свободные орбитали (“ячейки”) – электронам некуда перескакивать, к тому
же d-орбиталь у них отсутствует (они во втором периоде).
У серы возможно возбужденное состояние, так как она имеет свободную d-орбиталь, куда могут перескочить электроны. Четвертый энергетический
уровень отсутствует, поэтому, минуя 4s-подуровень, заполняем распаренными электронами 3d-подуровень.
По мере изучения основ общей химии мы еще не раз вернемся к этой теме, однако хорошо, если вы уже сейчас запомните, что возбужденное состояние
связано с распаривание электронных пар.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
…
Большинство из нас думает, что знает об атомах достаточно много. Мы знаем какие они маленькие и даже можем дать определение атому. Но как же человечество пришло к пониманию, что такое атом и каковы основы строения атомов?
Модель атома Томпсона (пудинг с изюмом)
В 1897 году Дж.
Дж. Томпсон проводил опыт — в вакуумную трубку между двумя палочками
(электродами) подавал напряжение и заметил, что в результате этого, проходит
пучок сверкающих лучей от «-» к «+» электроду.
Эти лучи он
назвал катодными лучами, позднее их стали называть электронными лучами.
С помощью магнита, Томпсон определил, что эти лучи содержат частицы с отрицательным
зарядом. После большой серии опытов ему удалось установить, что отрицательные
частицы (электроны) очень малы, по сравнению с тем, что дает положительный
заряд атому.
В итоге
многочисленных опытов была разработана модель атома, получившая название «пудинг
с изюмом». В этой модели атом – это большое облако, имеющее «+»
заряд (пудинг), имеющее очень маленькие вкрапления «-» заряженных частиц
(электроны — изюм).
Модель атома Резерфорда (ядерная модель)
В 1907 году Эрнест
Резерфорд «дурачился» в своей лаборатории, запуская в тонкую золотую фольгу
альфа-частицы, чтобы увидеть, как они отклоняются облаком положительного
заряда.
Но вот
произошло то, что он никак не ожидал увидеть: хотя большинство частиц летели
прямо, некоторые отклонялись на большой угол, а некоторые летели назад в
сторону источника. Этот эксперимент позволил предположить, что весь
положительный заряд находится в ядре атома, а отрицательно заряженные электроны
плавают вокруг него. Согласно ядерной модели строения атома по Резерфорду, большую часть атома занимает пустое пространство.
Модель атома Бора (планетарная модель)
Пока другие
ученые ставили эксперименты с катодными лучами, Нильс Бор был озадачен
теми линиями, которые давал водород при добавлении ему энергии. И вот возникла планетарная модель атома, в которой Бор предположил, что электроны
движутся вокруг ядра по круговым орбитам, подобно планетам, вращающихся вокруг
Солнца.
Также он
полагал, что чем дальше электрон находится от ядра, тем большей энергией он
обладает. При получении атомом дополнительной энергии, электроны с ближних
орбит могут перескакивать на более отдаленные. Начальная орбиталь называется
основной, а конечная – возбужденной. Энергия, полученная атомом должна куда-то
уйти, и она высвобождается в виде квантов электромагнитного излучения. Т.к.
существует несколько возбужденных состояний, то испускаются кванты различных
энергий. Этим он объяснил полученный спектр водорода.
Современная модель атома (квантовая модель)
Во что мы верим сейчас? Из предыдущего раздела Основные понятия и законы химии, мы знаем, что Атом состоит из ядра и электронов. Атомное ядро имеет положительный заряд и состоит из протонов (Z) и нейтронов (N), а сумма масс протонов (Z) и нейтронов (N) атомного ядра называется массовым числом A = Z + N. Электроны атома расположены вокруг ядра на своих орбиталях.
В таблице
приведены характеристики частиц, входящих в атом
|
Частица |
Заряд | Заряд (Кл) | Расположение | Масса (а.е.м.) | Масса (г) |
| протон |
+1 |
1,6·10×10-19 |
ядро |
1 |
1,7·10×10-24 |
| нейтрон |
0 |
0 |
ядро |
1 |
1,7·10×10-24 |
| электрон | -1 | -1,6·10×10-19 | орбиталь | 0 | 9,1·10×10-28 |
Атомы электронейтральны и число протонов совпадает с числом электронов, а вот число нейтронов может отличаться, тогда и появляются изотопы. Поскольку все элементы имеют несколько изотопов, то у каждого из них мы будем иметь среднюю атомную массу от масс всех изотопов, отсюда и возникает дробное значение атомной массы элемента в Периодической таблице Менделеева.
Атомная орбиталь
А что же такое атомная орбиталь, какова ее природа и как она выглядит? В результате титанического труда многих ученых, родилась новая теория строения атома – квантовая.
Согласно этой теории электрон обладает корпускулярно-волновым дуализмом — является одновременно волной и частицей. Масса и заряд электрона – это свойства частицы, а способность к дифракции и интерференции — волновые.
Уравнение де Бройля связывает эти два свойства электрона.
λ=h/mv,
где λ — длина волны, m— масса частицы, v— скорость частицы, h— постоянная Планка = 6,63·10-34 Дж·с.
Вскоре было выведено уравнение Шредингера, которое описывает электрон как волну:
где E— полная энергия электрона, V-потенциальная энергия электрона, Ψ-квадратный корень от вероятности нахождения электрона в пространстве с координатами x, y и z (при этом начало координат — ядро).
Уравнение предполагало, что точно предсказать местонахождение и траекторию движения электрона невозможно. Однако, можно найти вероятность нахождения электрона с помощью волновой функции. Теперь орбитали стали не двухмерными, как считалось ранее, а трехмерными телами.
Что такое орбиталь?
Орбиталь — это околоядерное пространство, в котором вероятность обнаружения электрона равна 95%.
Т.о. можно описать 4 разных видов орбиталей, имеющих разную энергию и различную форму:
- s-орбитали (имеют шарообразную форму),
- p-орбитали (объемные восьмерки, гантелеобразная форма)
- d- и f-орбитали (орбитали более сложной формы).
Электроны в зависимости от занимаемой орбитали (подуровня), называют s-, p-, d- и f-электронами.
Элементы, внешние электроны которых занимают только s-подуровень, называются s-элементами. Таким же образом называют p-элементы, d-элементы и f-элементы.
Квантовые числа (n, l, ml, ms)
Чтобы описанные раннее уравнения работали, нужны 4 переменные (4 квантовых числа). Опишем их:
- Главное квантовое число, n. Его используют для описания уровня энергии электрона. Эта величина может принимать значения 1, 2, 3….до бесконечности и определяет номер периода. Набор орбиталей с одинаковыми значениями n называется энергетическим уровнем
- Орбитальное квантовое число, l. Его используют для описания формы и типа орбитали. Ее возможные значения – это 0, 1, 2….(n-1). У сферической орбитали l=0, у гантелеобразной р-орбитали l=1, у странной формы d-орбитали l=2, у еще более странной формы f-орбитали l=3. Набор орбиталей с одинаковыми значениями n и l называется подуровнем. Подуровни содержат одинаковые по энергии орбитали.
- Магнитное квантовое число, ml. Его используют для определения ориентации орбитали в пространстве. Принимает следующие целочисленные значения: от –l до l. Например, если l=2, то возможные величины ml: -2, -1, 0, 1, 2, т.е. существуют 5d-орбиталей. Аналогично существует 1 s-орбиталь, 3 p– орбитали и 7 f- орбиталей.
- Спиновое квантовое число, ms. Его возможные величины +1/2 и -1/2. Известно, что орбиталь способна удерживать 2 электрона, поэтому возникла необходимость в четвертом квантовом числе ms.
Принцип Паули гласит,
Никакие два электрона в атоме не могут иметь одинаковый набор всех 4х квантовых чисел.
Из принципа Паули вытекает, что на энергетическом уровне n может находиться не более чем 2n2 электронов, на n2 подуровнях.
Существует правило, которое гласит, что электроны размещаются на уровнях и орбиталях не беспорядочно, а по принципу наименьшей энергии, т.е. чтобы сумма главного и орбитального квантовых чисел n+l была наименьшей.
Это правило известно, как правило Клечковского. В случае, когда сумма равна, сначала идет заполнение энергетического уровня с наименьшим главным квантовым числом.
Правила заполнения орбиталей
Заполнение орбиталей происходит в следующем порядке:
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d ≈ 4f < 6p < 7s
Таким образом, на каждом энергетическом уровне s-орбитали обладают наименьшей энергией, далее идут p-, d- и f-орбитали. Поэтому электроны займут s – орбиталь прежде других орбиталей.
Правило Хунда указывает на то, что суммарный спин электронов должен быть максимален и
В пределах одного периода, находясь в основном состоянии, атом стремится к максимально возможному числу неспаренных электронов
Зная, где находится электрон, мы можем написать его электронную конфигурацию (запись ряда орбиталей атома, на которых находятся электроны), которая составляется по образцу:
n(тип орбитали)число электронов на этой орбитали
Итак, заполнение орбиталей электронами происходит следующим образом:
- Главное квантовое число n должно быть минимальным;
- Внутри уровня электроны сначала занимают s- орбиталь, после p- и лишь затем d- и f- (при минимальном l );
- Заполнение орбиталей происходит по правилу Клечковского: (n + l) минимально;
- В пределах одного подуровня электроны располагаются согласно правилу Хунда так, чтобы их суммарный спин был максимален, т.е. количество неспаренных электронов должно быть максимальным.
- Согласно принципу Паули, в атоме все электроны обладают разным набором 4-х квантовых чисел и на энергетическом уровне n может находиться не более чем 2n2 электронов.
Возбужденное состояние атома
При сообщении атому дополнительной энергии (действие температуры, рентгеновского или электромагнитного излучения), его электроны переходят в возбужденное состояние. При этом один или несколько электронов основного состояния переходят с занятых орбиталей на свободные. Предпочтительно возбуждаются электроны внешних оболочек, т.к. образующиеся состояния обладают наименьшей энергией.
Это состояние очень неустойчиво и длится всего миллионные доли секунды.
Валентные электроны (электроны, расположенные на внешнем уровне) способны выравнивать свою энергию и изменять форму орбиталей. Этот процесс называется гибридизацией атомных орбиталей и подробнее описан в разделе Метод валентных связей
Примеры с решениями на составление электронных формул, распределение электронов по орбиталям в различных атомах Вы можете посмотреть в разделе Задачи по теме Основы строения атомов
Электронная конфигурация атома
Электронная конфигурация атома – это формула, показывающая расположение электронов в атоме по уровням и
подуровням. После изучения статьи Вы узнаете, где и как располагаются электроны, познакомитесь с квантовыми числами и
сможете построить электронную конфигурацию атома по его номеру, в конце статьи приведена таблица элементов.
Для чего изучать электронную конфигурацию элементов?
Атомы как конструктор: есть определённое количество деталей, они отличаются друг от друга, но две детали
одного типа абсолютно одинаковы. Но этот конструктор куда интереснее, чем пластмассовый и вот почему.
Конфигурация меняется в зависимости от того, кто есть рядом. Например, кислород рядом с водородом может
превратиться в воду, рядом с натрием в газ, а находясь рядом с железом вовсе превращает его в ржавчину.
Что бы ответить на вопрос почему так происходит и предугадать поведение атома рядом с другим необходимо
изучить электронную конфигурацию, о чём и пойдёт речь ниже.
Сколько электронов в атоме?
Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов, ядро состоит из протонов и нейтронов. В нейтральном
состоянии у каждого атома количество электронов равно количеству протонов в его ядре. Количество
протонов обозначили порядковым номером элемента, например, сера, имеет 16 протонов – 16й элемент периодической
системы. Золото имеет 79 протонов – 79й элемент таблицы Менделеева. Соответственно, в сере в нейтральном
состоянии 16 электронов, а в золоте 79 электронов.
Где искать электрон?
Наблюдая поведение электрона были выведены определённые закономерности, они описываются
квантовыми числами, всего их четыре:
- Главное квантовое число
- Орбитальное квантовое число
- Магнитное квантовое число
- Спиновое квантовое число
Орбиталь
Далее, вместо слова орбита, мы будем использовать термин “орбиталь”, орбиталь – это волновая функция электрона,
грубо – это область, в которой электрон проводит 90% времени.
N – уровень
L – оболочка
Ml – номер орбитали
Ms – первый или второй электрон на орбитали
Орбитальное квантовое число l
В результате исследования электронного облака, обнаружили, что в зависимости от уровня энергии,
облако принимает четыре основных формы: шар, гантели и другие две, более сложные.
В порядке возрастания энергии, эти формы называются s-,p-,d- и f-оболочкой.
На каждой из таких оболочек может располагаться 1 (на s), 3 (на p), 5 (на d) и 7 (на f)
орбиталей. Орбитальное квантовое число – это оболочка, на которой находятся
орбитали. Орбитальное квантовое число для s,p,d и f-орбиталей соответственно
принимает значения 0,1,2 или 3.
На s-оболочке одна орбиталь (L=0) – два электрона
На p-оболочке три орбитали (L=1) – шесть электронов
На d-оболочке пять орбиталей (L=2) – десять электронов
На f-оболочке семь орбиталей (L=3) – четырнадцать электронов
Магнитное квантовое число ml
На p-оболочке находится три орбитали, они обозначаются цифрами
от -L, до +L, то есть, для p-оболочки (L=1) существуют орбитали “-1”, “0” и “1”.
Магнитное квантовое число обозначается буквой ml.
Внутри оболочки электронам легче
располагаться на разных орбиталях, поэтому первые электроны заполняют по одному на каждую
орбиталь, а затем уже к каждому присоединяется его пара.
Рассмотрим d-оболочку:
d-оболочке соответствует значение L=2, то есть пять орбиталей (-2,-1,0,1 и 2), первые пять
электронов заполняют оболочку принимая значения Ml=-2,Ml=-1,Ml=0,
Ml=1,Ml=2.
Спиновое квантовое число ms
Спин – это направление вращения электрона вокруг своей оси, направлений два, поэтому спиновое квантовое число
имеет два значения: +1/2 и -1/2. На одном энергетическом подуровне могут находиться два электрона только с
противоположными спинами. Спиновое квантовое число обозначается ms
Главное квантовое число n
Главное квантовое число – это уровень энергии, на данный момент известны семь энергетических уровней,
каждый обозначается арабской цифрой: 1,2,3,…7. Количество оболочек на каждом уровне равно номеру уровня:
на первом уровне одна оболочка, на втором две и т.д.
Номер электрона
Итак, любой электрон можно описать четырьмя квантовыми числами, комбинация из этих чисел уникальна для каждой
позиции электрона, возьмём первый электрон, самый низкий энергетический уровень это N=1, на первом уровне
распологается одна оболочка, первая оболочка на любом уровне имеет форму шара (s-оболочка), т.е. L=0,
магнитное квантовое число может принять только одно значение, Ml=0 и спин будет равен +1/2.
Если мы возьмём пятый электрон (в каком бы атоме он не был), то главные квантовые числа для него будут:
N=2, L=1, M=-1, спин 1/2.
Энергетические уровни с подуровнями для наглядности изображены ниже, сверху вниз расположены уровни
и цветом разделены подуровни:
| 1 | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | |||||||||||||||||||
| 3 | |||||||||||||||||||
| 4 | |||||||||||||||||||
| 5 | |||||||||||||||||||
| 6 | |||||||||||||||||||
| 7 | |||||||||||||||||||
| 8 | |||||||||||||||||||
| Таблица 1. Распределение электронов по энергетическим уровням |
Здесь, сверху-вниз показаны энергетические уровни (1-7), слева-направо разделены по группам электронные
подуровни (s,p,d,f), в каждой ячейке располагаются по два электрона в противоположных направлениях. Общий
принцип распределения электронов такой, что энергетические подуровни заполняются в порядке суммы главного
и орбитального квантовых чисел, то есть: 1S, 2S, 2P, 3S, 3P, 4S, 3D и так далее, если сумма одинакова, то
сначала заполняется уровень с меньшим главным квантовым числом N.
У некоторых элементов имеются отклонения в формировании электронной конфигурации, а именно у
24Cr,
29Cu,
41Nb,
42Mo,
44Ru,
45Rh,
46Pd,
47Ag,
78Pt,
79Au
Элементы
Проверьте себя, составьте электронную конфигурацию для элементов #6, #10 и #22, затем проверьте себя по таблице ниже.
| № | Элемент | Название | Электронная конфигурация | Энергетических уровней |
|---|---|---|---|---|
| 1 | H | водород | 1s 1 | 1 |
| 2 | He | гелий | 1s 2 | 1 |
| 3 | Li | литий | 1s 22s 1 | 2 |
| 4 | Be | бериллий | 1s 22s 2 | 2 |
| 5 | B | бор | 1s 22s 22p 1 | 2 |
| 6 | C | углерод | 1s 22s 22p 2 | 2 |
| 7 | N | азот | 1s 22s 22p 3 | 2 |
| 8 | O | кислород | 1s 22s 22p 4 | 2 |
| 9 | F | фтор | 1s 22s 22p 5 | 2 |
| 10 | Ne | неон | 1s 22s 22p 6 | 2 |
| 11 | Na | натрий | 1s 22s 22p 63s 1 | 3 |
| 12 | Mg | магний | 1s 22s 22p 63s 2 | 3 |
| 13 | Al | алюминий | 1s 22s 22p 63s 23p1 | 3 |
| 14 | Si | кремний | 1s 22s 22p 63s 23p2 | 3 |
| 15 | P | фосфор | 1s 22s 22p 63s 23p3 | 3 |
| 16 | S | сера | 1s 22s 22p 63s 23p4 | 3 |
| 17 | Cl | хлор | 1s 22s 22p 63s 23p5 | 3 |
| 18 | Ar | аргон | 1s 22s 22p 63s 23p6 | 3 |
| 19 | K | калий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 1 | 4 |
| 20 | Ca | кальций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 2 | 4 |
| 21 | Sc | скандий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d1 | 4 |
| 22 | Ti | титан | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d2 | 4 |
| 23 | V | ванадий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d3 | 4 |
| 24 | Cr | хром | 1s 22s 22p 63s 23p64s 13d5 | 4 |
| 25 | Mn | марганец | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d5 | 4 |
| 26 | Fe | железо | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d6 | 4 |
| 27 | Co | кобальт | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d7 | 4 |
| 28 | Ni | никель | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d8 | 4 |
| 29 | Cu | медь | 1s 22s 22p 63s 23p64s 13d10 | 4 |
| 30 | Zn | цинк | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d10 | 4 |
| 31 | Ga | галлий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p1 | 4 |
| 32 | Ge | германий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p2 | 4 |
| 33 | As | мышьяк | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p3 | 4 |
| 34 | Se | селен | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p4 | 4 |
| 35 | Br | бром | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p5 | 4 |
| 36 | Kr | криптон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p6 | 4 |
| 37 | Rb | рубидий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s1 | 5 |
| 38 | Sr | стронций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s2 | 5 |
| 39 | Y | иттрий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d1 | 5 |
| 40 | Zr | цирконий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d2 | 5 |
| 41 | Nb | ниобий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d4 | 5 |
| 42 | Mo | молибден | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d5 | 5 |
| 43 | Tc | технеций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d5 | 5 |
| 44 | Ru | рутений | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d7 | 5 |
| 45 | Rh | родий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d8 | 5 |
| 46 | Pd | палладий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p64d10 | 5 |
| 47 | Ag | серебро | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d10 | 5 |
| 48 | Cd | кадмий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d10 | 5 |
| 49 | In | индий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p1 | 5 |
| 50 | Sn | олово | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p2 | 5 |
| 51 | Sb | сурьма | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p3 | 5 |
| 52 | Te | теллур | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p4 | 5 |
| 53 | I | йод | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p5 | 5 |
| 54 | Xe | ксенон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p6 | 5 |
| 55 | Cs | цезий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s1 | 6 |
| 56 | Ba | барий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s2 | 6 |
| 57 | La | лантан | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s25d1 | 6 |
| 58 | Ce | церий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f2 | 6 |
| 59 | Pr | празеодим | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f3 | 6 |
| 60 | Nd | неодим | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f4 | 6 |
| 61 | Pm | прометий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f5 | 6 |
| 62 | Sm | самарий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f6 | 6 |
| 63 | Eu | европий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f7 | 6 |
| 64 | Gd | гадолиний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f75d1 | 6 |
| 65 | Tb | тербий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f9 | 6 |
| 66 | Dy | диспрозий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f10 | 6 |
| 67 | Ho | гольмий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f11 | 6 |
| 68 | Er | эрбий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f12 | 6 |
| 68 | Tm | тулий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f13 | 6 |
| 70 | Yb | иттербий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f14 | 6 |
| 71 | Lu | лютеций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d1 | 6 |
| 72 | Hf | гафний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d2 | 6 |
| 73 | Ta | тантал | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d3 | 6 |
| 74 | W | вольфрам | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d4 | 6 |
| 75 | Re | рений | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d5 | 6 |
| 76 | Os | осмий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d6 | 6 |
| 77 | Ir | иридий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d7 | 6 |
| 78 | Pt | платина | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s14f145d9 | 6 |
| 79 | Au | золото | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s14f145d10 | 6 |
| 80 | Hg | ртуть | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d10 | 6 |
| 81 | Tl | таллий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p1 | 6 |
| 82 | Pb | свинец | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p2 | 6 |
| 83 | Bi | висмут | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p3 | 6 |
| 84 | Po | полоний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p4 | 6 |
| 85 | At | астат | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p5 | 6 |
| 86 | Rn | радон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d105p66s24f145d106p6 | 6 |
| 87 | Fr | франций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s1 | 7 |
| 88 | Ra | радий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s2 | 7 |
| 89 | Ac | актиний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s26d1 | 7 |
| 90 | Th | торий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s26d25f0 | 7 |
| 91 | Pa | протактиний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f26d1 | 7 |
| 92 | U | уран | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f36d1 | 7 |
| 93 | Np | нептуний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f46d1 | 7 |
| 94 | Pu | плутоний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f56d1 | 7 |
| 95 | Am | америций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f7 | 7 |
| 96 | Cm | кюрий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f76d1 | 7 |
| 97 | Bk | берклий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f86d1 | 7 |
| 98 | Cf | калифорний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f10 | 7 |
| 99 | Es | эйнштейний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f11 | 7 |
| 100 | Fm | фермий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f12 | 7 |
| 101 | Md | менделеевий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f13 | 7 |
| 102 | No | нобелий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f14 | 7 |
| 103 | Lr | лоуренсий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d1 | 7 |
| 104 | Rf | резерфордий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d2 | 7 |
| 105 | Db | дубний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d3 | 7 |
| 106 | Sg | сиборгий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d4 | 7 |
| 107 | Bh | борий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d5 | 7 |
| 108 | Hs | хассий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d6 | 7 |
| 109 | Mt | мейтнерий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d7 | 7 |
| 110 | Ds | дармштадтий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d8 | 7 |
| 111 | Rg | рентгений | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d9 | 7 |
| 112 | Cn | коперниций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d10 | 7 |
| 113 | Nh | нихоний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p1 | 7 |
| 114 | Fl | флеровий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p2 | 7 |
| 115 | Mc | московий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p3 | 7 |
| 116 | Lv | ливерморий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p4 | 7 |
| 117 | Ts | теннесcин | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p5 | 7 |
| 118 | Og | оганесон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6 | 7 |
| Таблица 2. Электронная конфигурация атомов |
Если Вы хотите узнать, как составить электронную конфигурацию, обратитесь к статье
«как написать электронную конфигурацию»
Квантовые числа электронов в атомах
Электронные формулы химических элементов
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 651.
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 651.
Расположение электронов на энергетических оболочках или уровнях записывают с помощью электронных формул химических элементов. Электронные формулы или конфигурации помогают представить структуру атома элемента.
Строение атома
Чтобы читать электронные формулы, необходимо понять строение атома.
Атомы всех элементов состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые располагаются вокруг ядра.
Электроны находятся на разных энергетических уровнях. Чем дальше электрон находится от ядра, тем большей энергией он обладает. Размер энергетического уровня определяется размером атомной орбитали или орбитального облака. Это пространство, в котором движется электрон.
Орбитали могут иметь разную геометрическую конфигурацию:
- s-орбитали – сферические;
- р-, d и f-орбитали – гантелеобразные, лежащие в разных плоскостях.
На первом энергетическом уровне любого атома всегда располагается s-орбиталь с двумя электронами (исключение – водород). Начиная со второго уровня, на одном уровне находятся s- и р-орбитали.
Орбитали существуют вне зависимости от нахождения на них электронов и могут быть заполненными или вакантными.
Запись формулы
Электронные конфигурации атомов химических элементов записываются по следующим принципам:
- каждому энергетическому уровню соответствует порядковый номер, обозначаемый арабской цифрой;
- за номером следует буква, означающая орбиталь;
- над буквой пишется верхний индекс, соответствующий количеству электронов на орбитали.
Примеры записи:
- кальций –
1s22s22p63s23p64s2;
- кислород –
1s22s22p4;
- углерод –
Записать электронную формулу помогает таблица Менделеева. Количеству энергетических уровней соответствует номер периода. На заряд атома и количество электронов указывает порядковый номер элемента. Номер группы показывает, сколько валентных электронов находится на внешнем уровне.
Для примера возьмём Na. Натрий находится в первой группе, в третьем периоде, под 11 номером. Это значит, что атом натрия имеет положительно заряженное ядро (содержит 11 протонов), вокруг которого на трёх энергетических уровнях располагается 11 электронов. На внешнем уровне находится один электрон.
Вспомним, что первый энергетический уровень содержит s-орбиталь с двумя электронами, а второй – s- и р-орбитали. Остаётся заполнить уровни и получить полную запись:
+11 Na )2)8)1 или 1s22s22p63s1.
Для удобства созданы специальные таблицы электронных формул элемента. В длинной периодической таблице формулы также указываются в каждой клетке элемента.
Для краткости в квадратных скобках записаны элементы, электронная формула которых совпадает с началом формулы элемента. Например, электронная формула магния – [Ne]3s2, неона – 1s22s22p6. Следовательно, полная формула магния – 1s22s22p63s2.
Что мы узнали?
Электронные формулы элементов отражают расположение электронов в атоме на разных орбиталях. Количество электронов равно порядковому номеру элемента, количество уровней – номеру периода. На последнем уровне находятся валентные электроны, соответствующие номеру группы элемента. Цифры в электронной формуле показывают уровень, буквы – орбиталь, индексы – количество электронов на уровне.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
-
Александр Котков
5/5
-
Александр Котков
5/5
-
Александр Котков
5/5
Оценка доклада
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 651.
А какая ваша оценка?
