5. ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН І ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ Д.І. МЕНДЕЛЄЄВА

5. ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН І ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ Д.І. МЕНДЕЛЄЄВА

5.4. Електронні конфігурації та електронно-графічні формули елементів І – IV періодів

Розподіл електронів в атомах по електронних рівнях і підрівнях називають електронною конфігурацією атома, яка визначає його хімічні властивості, і на її основі ці властивості можна передбачити.

Графічно електронну конфігурацію зображають електронно-графічними формулами, які складають на основі правил розподілу електронів у багатоелектронних атомах.

Розглянемо електронні конфігурації атомів малих періодів.

Зазначимо, що загальна кількість електронів в атомі рівна порядковому номеру в Періодичній системі (заряду ядра).

Електронні конфігурації атомів елементів І періоду.

У першому періоді розташовані два елементи – Гідроген (заряд ядра +1) та Гелій (+2), у них відповідно є 1 та 2 електрони, які згідно з принципом найменшої енергії займають першу орбіталь електронного рівня з найменшою енергією – 1s орбіталь.

Для атома Гідрогену електронна формула записується 1s1, де 1 – номер електронного рівня, s – електронна орбіталь, 1 – кількість електронів на даній орбіталі. Електронна конфігурація атома Гелію – 1s2. Згідно принципу Паулі електронні та електронно-графічні формули атомів Гідрогену та Гелію записують так:

+1Н 1s1                  +2He 1s2

Оскільки на 1s-електронному рівні максимально може міститись два електрони, то в атома Гелію він є завершеним і дуже стійким. Справді, у хімічному відношенні Гелій – найінернтніший з усіх відомих елементів.

Електронні конфігурації атомів елементів ІІ періоду.

У першого елемента 3 періоду – Літію з’являється ще один електрон, який займає наступний електронний шар. На другому електронному рівні є дві s-та три р-орбіталі. За принципом найменшої енергії електрон займає 2s-орбіталь. Електронна конфігурація атома Літію: 

+3Li 1s2 2s1

Надалі знак заряду ядра та незаповнені орбіталі будемо опускати.

Як бачимо, конфігурація першого електронного рівня аналогічна електронній конфігурації атома Гелію. Тому часто замість завершених електронних рівнів у квадратних дужках вказують символ елемента – благородного газу попереднього періоду: Li [Не] 2s1.

У наступного елемента – Берилію, четвертий електрон теж займає 2s-орбіталь:

+4Be 1s22s2 або [Не] 2s2

Далі для спрощення будемо показувати лише ті рівні, які заповнюються частково.

Елементи, у яких заповнюється електронами s-підрівень, називають s-елементами.

У наступних елементів другого періоду (Бору, Карбону, Нітрогену, Оксигену, Флуору та Неону) заповнюється електронами 2р-підрівень. Для прикладу наведемо електронну конфігурацію атомів Нітрогену:

+17N [Не] 2s22р3

та Неону:

+10Ne 1s2 2s2 2р6

Елементи, у яких заповнюється р-підрівень, називають р-елементами.

Електронні конфігурації атомів елементів ІІІ періоду.

У елементів третього періоду електронами починає заповнюватись 3s- (Na, Mg – s-елементи), а потім – 3р-підрівень (Al, Si, P, Cl, Ar – р-елементи). Електронна конфігурація атома Аргону, у якого завершений зовнішній електронний шар:

+18Ar 1s22s22р63s23р6

У цьому періоду не заповнюються d-орбіталі.

Електронні конфігурації атомів елементів ІV періоду.

У елементів четвертого періоду електрони починають заповнювати 4s-орбіталі (K, Ca).

У наступних елементів згідно правил Клечковського починають заповнюватись d-орбіталі.

Елементи, у яких заповнюється d-підрівень, називають d-елементами. 

Першим d-елементом є скандій, у якого на d-орбіталі з’являється перший електрон:

+21Sc [Ar] 4s23d1

У атома Хрому на 3d-підрівні мало б знаходитись 4 електрони, однак згідно правилу симетрії, для утворення стійкого наполовину заповненого електронами 3d-підрівня, один 4s-електрон переходить на 3d-підрівень з вищою енергією. Електронна структура атома Хрому:


+24Cr [Ar] 4s13d5

Схожа картина спостерігається у атома Купруму: 4s-електрон переходить на 3d-підрівень з утворенням стійкої конфігурації:

+29Cu [Ar] 4s13d10

Завершує родину d-елементів Цинк, у якого завершений d-підрівень містить 10 електронів:

+30Zn [Ar] 4s23d10

У наступного елемента – Галію починає заповнюватись електронами 4р-підрівень:

+31Ga [Ar] 4s23d104р1

Завершується четвертий період благородним газом Криптоном, у якого 4р-підрівень повністю заповнений електронами:

+36Kr [Ar] 4s23d104р6

4f-Підрівень, який з’явився у елементів четвертого періоду починає заповнюватись шостому періоді, починаючи з Церію.

Елементи, у яких заповнюється f-підрівень, називають f-елементами.

У елементів п’ятого періоду заповнення електронних оболонок відбувається аналогічно елементам четвертого періоду, а 5f-підрівень починає заповнюватись у елементів сьомого періоду.