Электронные конфигурации атомов химических элементов

Распределение электронов по орбиталям характеризует электронную конфигурацию атома химического элемента. Она отражается с помощью элек­тронной или электронно-графической формулы.

Для атома водорода это просто указание, на какой орбитали находится единственный электрон — на ls-орбитали, по­этому электронная формула атома водорода записывается так: 1s¹. Число электронов на орбиталях каждого типа указывает­ся верхним индексом, который пишется у буквенного обозна­чения орбитали, подобно показателю степени в математике. Для гелия — 1s², для лития — ls²2s¹ и т. д.

Кроме приведенных буквенных записей электронных кон­фигураций, в которых находят отражения лишь главное и орбитальное квантовые числа, используют графическую форму, отражающую все четыре квантовых числа, — элек­тронно-графическую формулу. Каждая орбиталь в ней обозна­чается квадратом, а электроны — стрелками, направление которых указывает взаимное расположение векторов спина.

Рассмотрим формы отражения электрон­ных конфигураций атомов химических элементов, используя приведенную в учебнике таблицу.

Основная цель изображения электронных структур атомов и написания их формул — это возможность объяснения и предсказания на их основе важ­нейших свойств элементов. Однако предварительно следует проследить прямую зависимость положения элемента в Пери­одической системе от электронной структуры его атома. Эле­менты в ней располагаются строго в порядке возрастания за­рядов их атомных ядер. Так как заряд ядра определяет число электронов, то атомы каждого последующего элемента в Периодической системе имеют на 1 электрон больше, чем ато­мы предыдущего.

Периодическая система — это замечательная узаконенная шпаргалка мирового уровня, и только неграмотный выпускник не сможет записать электрон­ные формулы элементов на основании их положения в ней. Чтобы верно отразить их в условной записи, нужно помнить немногое, а именно:

1. Число электронных слоев в атоме определяет номер пе­риода, в котором находится соответствующий элемент.

2. Число электронов на внешнем уровне для элементов главных подгрупп определяет номер группы.

3. У атомов элементов побочных подгрупп заполняется не внешний уровень (на нем, как правило, располагаются 2 электрона), а предвнешний — с 8 до 18 электронов, а затем снова внешний — с 2 до 8 электронов.

Обратите внимание, в больших периодах — 4-м и 5-м — первые два элемента (щелочной и щелочноземельный металлы) располагаются, как и положено, в главных подгруппах, и у них, соответственно номеру группы, на внешнем слое будет 1 и 2 электрона. Другое дело скандий и иттрий. Им что, места в клеточке мало? Они сместились в побочную подгруппу. Оказывается, они сигнализируют о том, что они — не типичные элементы: и строится у них не внешний, а предвнешний уровень — d-подуровень. И так будет для всех элементов побочных подгрупп. А затем, когда у цинка и кадмия полностью застроится этот подуровень, Периодическая система опять сигнализирует, подсказывает, что все в порядке: галлий и индий возвращаются в главные подгруппы и у них продолжает заполняться внешний уровень, согласно номеру группы.

1. У атомов элементов сверхбольших — 6-м и 7-м — периодов вначале почти все как у больших: строится внешний уровень у атомов щелочных и щелочноземельных металлов, на втором соответственно располагается 1 или 2 электрона. Затем лантан и актиний, уйдя в побочную подгруппу, сигнализируют о том, что у них последний электрон отправился на предвнешний уровень, на котором соответственно теперь находится 9 электронов. Но это еще не все! «А во лбу» знаков тих элементов «звезды горят»: у лантана — одна, а у актиния — две. И это новый красноречивый сигнал о том, что следующие электроны отправляются не на внешний (на нем 2 электрона), не на предвнешний (на нем 9 электронов), а на третий от периферии уровень (на f-подуровень), заполняя его от 18 до 32 электронов у лантаноидов и актиноидов. Свое название — «подобный лантану или актинию» — эти элементы получили потому, что очень похожи на лантан и актиний. Действительно, различия в структуре электронных оболочек и их атомов существуют лишь в третьем от периферии слое, в то время как химические свойства элемента обусловлены электронами, в первую очередь внешнего и предвнешнего слоев его атомов.

Таблица