Правила складання електронних формул

1 Принцип мінімуму енергії: найстійкішому стану ē в атомі відповідає мінімальна енергія, тобто електрон займає АО з найнижчою енергією.

2 Принцип Паулі: Атом не може мати двох електронів з однаковими значеннями всіх чотирьох КЧ.

3 Правило Клечковського: Енергетичні підрівні заповнюються за зростанням суми n+l (вказує послідовність заповнення підрівнів).

4 Правило Гунда: Сумарне спінове число електронів певного підрівня повинно бути максимальним (вказує порядок заповнення рівноцінних АО

↑

↑

↑

↑↓

↑

вірно невірно ).

Приклад 6. В якій послідовності заповнюються атомні орбіталі електронами?

Відповідь:

В багатоелектронних атомах заповнення електронами всіх енергетичних рівнів і підрівнів залежно від їхньої енергії відбувається у такій послідовності:

n
АО	1s	2s2p	3s3p	4s3d4p	5s4d5p	6s4f5d6p	7s5f6d7p

де n – енергетичний рівень; АО – атомна орбіталь.

Приклад 7. Які існують способи зображення електронних структур атомів.

Відповідь:

Існує декілька умовних способів зображення електронних структур атомів:

а) за допомогою формул Льюїса (електронно-крапкових символів), у яких зовнішні валентні електрони позначаються крапками, а ядра разом з внутрішніми електронами – хімічними символами елементів, наприклад:

Написання двох формул для одного і того ж елемента вказує на стан атома (основний або стаціонарний і збуджений);

дві розміщені поряд крапки означають пару електронів з протилежними спінами, що належать до однієї орбіталі;

б) у вигляді електронних формул або електронних конфігурацій, які дають змогу враховувати послідовність заповнення рівнів, наприклад, повна електронна формула для V 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d³, скорочена V 4s²3d³ або KLM 4s²3d³ (де KLM – умовне позначення енергетичних рівнів);

іноді скорочену формулу позначають символами інертних елементів, що органічно входять до структури атомів наступних елементів (наприклад для Ванадію [Ar] 4s²3d³)

Якщо потрібно підкреслити, що електрони певного підрівня заповнюють орбіталі по одному, то орбітальне квантове число позначають з індексом, який вказує на орієнтацію орбіталі у просторі, наприклад для Ванадію V 4s² 3d'_х 3d^' _у 3d^'_z.

в) метод квантових комірок, який використовує всі чотири квантові числа. Кожному підрівню відповідає певна кількість комірок, що дорівнює числу можливих значень магнітного квантового числа. Якщо на одному рівні є декілька підрівнів, то енергія їх зростає у напрямку вгору або вниз для позначення орієнтації спінових моментів, наприклад, схема електронної структури атома Флуору у вигляді квантових комірок:

Приклад 8 Складіть повну, скорочену та графічні формули елемента з порядковим номером 20.

Відповідь:За порядковим номером робимо висновок, що в атомі є 20 електронів. Це елемент Кальцій.

Його повна електронна формула має вигляд:

Повну електронну формулу ще називають електронною конфігурацією або електронною структурою.

Скорочена електронна формула .

Графічна електронна формула (формула Паулі):

Зміст позначень, які використовуються в графічній формулі:

Приклад 9. Атом елемента має на 7 електронів більше, ніж йон натрію. Назвіть елемент, складіть електронні формули його атома у незбудженому та збудженому станах. Вкажіть число валентних електронів у цих станах.

Відповідь: Атом натрію має електронну формулу:

(11 електронів)

Йон натрію матиме завершену електронну оболонку на другому енергетичному рівні:

(10 електронів)

Наступні сім електронів розташовані відповідно на і підрівнях третього рівня. Сумарна кількість електронів буде:

.

Електронна формула елемента:

Цей елемент - Хлор. Він має незаповнений -підрівень. На цей підрівень і переходять електрони з і підрівня третього рівня в збудженому стані.

Як правило, на орбіталях зображають електрони останнього енергетичного рівня. Тоді розподіл електронів в незбудженому стані наступний:

В збудженому стані на -підрівень може переходити відповідно один, два і три електрони. Тому для збудженого стану характерні три можливі комбінації відповідно з трьома, п’яти та семи неспареними електронами:

Валентні електрони – це ті електрони, які знаходяться на атомних орбіталях неспареними.

В незбудженому стані атом має один валентний електрон.

В збуджених: а) стані – 3

б) стані – 5

в) стані – 7

Приклад 10. На основі теорії будови атомів поясніть суть явища періодичності і зміни хімічних властивостей елементів.

Відповідь: Періодичність зміни хімічних властивостей елементів і їх сполук пояснюється періодичною зміною конфігурації валентних електронів (електронів на зовнішньому енергетичному рівні) із збільшенням заряду ядра.