ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ
Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ
Розділ 2. ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН Д. І. МЕНДЕЛЄЄВА І БУДОВА АТОМІВ
§ 2.7. Електронні формули
Розподіл електронів в атомі на енергетичних рівнях і підрівнях зображують у вигляді електронних формул. Покажемо, як їх скласти.
Кожний електрон в атомі займає вільну орбіталь з найнижчою енергією, що відповідає найміцнішому зв’язку електрона з ядром, – принцип найменшої енергії. Зі збільшенням порядкового номера елемента електрони заповнюють орбіталі
1 | II | III | IV | V | VI | VII |
1s | 2s,2p | 3s, | 4s, 3d, | 5s, 4d, | 6s, 4f; | 7s, 5f; |
4 p | 5 p | 5d, 6p | 6 d, 7p |
Орбіталь з мінімальною енергією – це “1s-орбіталь. У атома гідрогену її займає єдиний електрон атома. Тому електронна формула, а(ро електронна конфігурація, атома гідрогену має вигляд:1 1s1 .
Оскільки на одній орбіталі можуть міститися два електрони, то обидва електрони атома гелію розміщуються на 1s-орбіталі. Отже, електронна формула гелію: 1s2. Електронна оболонка Не завершена і дуже стійка, це – благородний газ.
1 Нагадаємо, що число спереду – номер рівня, літерою позначається підрівень (тип орбіталі), індекс праворуч вгорі – число електронів на підрівні.
В елементів II періоду заповнюється L-рівень (n = 2), причому спочатку – орбіталь s-підрівня, а потім – три орбіталі р-підрівня. Третій електрон в атомі 3Lі займає: 2s-орбіталь. Електронна формула Li: 1s22s1 . Електрон 2s1 зв’язаний з ядром атома значно слабкіше, ніж 1s-електрони, Li+тому атом літію може легко втрачати його, утворюючи іон Li+ .
В атомі 4Ве четвертий електрон також розміщений на 2s-орбіталі: 1s2 2s2 . Легше, ніж інші електрoни, у Be відриваються 2s-електрони з утворенням іона Be2+ .
Оскільки 2s-орбіталь заповнена, то п’ятий електрон у атома 5В займає 2р-орбіталь. Електронна формула атома бору: 1s2 2s2 р1.
Далі в атомів С, N, О, F заповнюються 2р-орбіталі, закінчується заповнення в атома Ne. Запишемо їх електронні формули:
БС 1s22s22p2, 7N 1s22s22p3, 😯 1s22s22p4,
9F 1s22s2p5, 10Ne 1s22s22p6.
Починаючи з елементів III періоду, в атомів заповнюється третій M-рівень, який складається з 3s-, Зр – і 3d – підрівнів. Наприклад:
11Na 1s22s22p63s1, 17Сl 1s22s22p63s23p5.
Інколи у формулах, які зображують розподіл електронів у атомах, позначають тільки число електронів на кожному енергетичному рівні. Тоді їх записують так:
11Na – 2∙8∙1, 17Сl – 2∙8∙7, 26Fe – 2∙ 8∙14∙2.
Під час написання електронних формул слід ураховувати так зване проскакування електрона. Так, електронна формула хрому повинна бути 1s22s2р63s23р63d44s2 . Однак на зовнішньому рівні в атома хрому не два електрони, а один – другий електрон “проскочив” на d-підрівень другого ззовні рівня. В цьому випадку розташування електронів у атома хрому таке: 1s2 2s2 2р6 3s2 Зр6 3а5 4s1. Те саме спостерігається для Nb, Мо та інших елементів. У Pd електрони на рівнях розміщуються так: 2.8.18.18.0 (тут п’ятого енергетичного рівня взагалі немає – обидва електрони “проскочили” на сусідній рівень).
Дуже часто структуру електронних оболонок зображують за допомогою енергетичних, або квантових, комірок – це так звані графічні електронні формули. Кожна така комірка позначається клітинкою: клітинка – орбіталь, стрілка – електрон, напрямок стрілки – напрямленість спіну1 , вільна клітинка
– вільна орбіталь, яку може займати електрон під час збудження. Згідно з принципом Паулі в комірці може перебувати один або два електрони (якщо два електрони, то вони – спарені).
1 Спін (в перекладі з англійської – “веретено”) спрощено можна уявити як обертання електрона навколо власної осі – за годинниковою і проти го динникової стрілки. Спареними називаються електрони з протилежними спінами: ↓↑.
Як приклад напишемо схему розподілу електронів у квантових комірках для атома карбону:
Орбіталі підрівня заповнюються так: спочатку по одному електрону з однаковими спінами, а далі – по другому електрону з протилежними спінами. Оскільки на 2р-підрівні три орбіталі з однаковою енергією, то кожний з двох 2р-електронів займає по одній орбіталі (наприклад, рх і pу). Одна орбіталь залишається вільною (pz). В атомі карбону є два неспарених електрони. Праворуч від схеми в електронній формулі подано детальніший запис, в якому вказано розподіл електронів на рх – і ру-орбіталях. Такий запис теж часто застосовують.
В атомі нітрогену всі три 2р-орбіталі (px, ру, рz) зайнято поодинокими електронами:
Отже, у нього три неспарених електрони. Це відбито і в детальній електронній формулі (праворуч від схеми).
Починаючи з атома оксигену, 2р-орбіталі заповнюються другим електроном з протилежним спіном:
В атомі оксигену два неспарених електрони. В атомі флуору – один неспарений електрон:
Отже, розміщуючи електрони по квантових комірках, можна виявити число неспарених електронів в атомі. В атомі Ne завершується заповнення другого рівня:
Вісім зовнішніх електронів (s2 р6 ) утворюють дуже стійку структуру з чотирьох двохелектронних хмар. Усі електрони в атомі неону спарені. Неон – благородний газ.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)