Шпаргалка по "Общей химии"

Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням  и подуровням изображают в виде электронных формул. Покажем, как они составляются.  
 
Каждый электрон в атоме занимает свободную орбиталь с наиболее низкой энергией, отвечающей его прочной связи с ядром,— принцип наименьшей энергии. С ростом порядкового номера элемента электроны заполняют орбитали и уровни в порядке возрастания их энергий: уровни заполняются от первого к седьмому, а подуровни — в последовательности s — р — d — f. Последовательность возрастания энергии определена опытным путем. Она называется шкалой энергии. В соответствии с ней составляется ряд последовательного заполнения электронами орбиталей атомов элементов периодической системы. Этот ряд, в котором вертикальными линейками отделены периоды, обозначенные сверху римскими цифрами, имеет вид

 
 
Орбиталь с минимальной энергией — это 1s-орбиталь. У атома водорода она занята его единственным электроном. Поэтому электронная формула (или электронная конфигурация) атома водорода имеет вид: 1s¹.  
 
Поскольку на одной орбитали могут находиться два электрона, то оба электрона атома гелия размещаются на 1s-орбитали. Следовательно, электронная формула гелия 1s². Электронная оболочка Hе завершена и очень устойчива, это благородный газ.  
 
У элементов II периода заполняется L-уровень (n=2), причем сначала орбиталь s-подуровня, а затем три орбитали p-подуровня. Третий электрон в атоме ₃Li занимает 2s-орбиталь. Электронная формула Li: 1s²2s¹. Электрон 2s^l намного слабее связан с ядром атома, чем 1s-электроны, поэтому атом лития может легко терять его, образуя ион Li+.  
 
В атоме ₄Ве четвертый электрон также размещается на 2s-opбитали: ls²2s². Легче других электронов у Be отрываются два 2s-электрона с образованием иона Ве²+.  
 
Поскольку 2s-орбиталь заполнена, то пятый электрон у атома бора ₅В занимает 2p-орбиталь. Электронная формула атома бора: 1s²2s²2p¹.  
 
Далее у атомов С, N, О, F идет заполнение 2р-орбиталей, которое заканчивается у атома Ne. Запишем их электронные формулы:

₆C 1s²2s²2p²    ₇N 1s²2s²2p³    ₈O 1s²2s²2p⁴    ₉F 1s²2s²2p⁵    ₁₀Ne 1s²2s²2p⁶

 
Начиная с элементов III периода, у  атомов идет заполнение третьего М-уровня, состоящего из 3s-, 3p- и 3d-подуровней. Например,

₁₁Na 1s²2s²2p⁶3s¹, ₁₇Cl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

 
Иногда в формулах, изображающих распределение электронов в атомах, указывают только число электронов на каждом энергетическом уровне. Тогда  их записывают так:

₁₁Na-2.8.1 , ₁₇ Cl-2.8.7, ₂₆Fe-2.8.14.2

 
 
При написании электронных формул следует учитывать так называемый «проскок» электрона. Так, электронная  формула хрома должна быть 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴4s². Однако на внешнем уровне у атома хрома не два электрона, а один — второй электрон «проскочил» на d-подуровень второго снаружи уровня. В таком случае расположение электронов у атома хрома такое: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹. То же имеет место у Nb, Мо и других элементов. У Pd электроны по уровням располагаются так: 2.8.18.18.0 (здесь пятый энергетический уровень вообще отсутствует — оба электрона «проскочили» на соседний уровень).  
 
Очень часто структуру электронных оболочек изображают с помощью энергетических, или квантовых, ячеек — это так называемые графические электронные формулы. Каждая такая ячейка обозначается клеткой: клетка — орбиталь, стрелка — электрон, направление стрелки — направление спина, свободная клетка — свободная орбиталь, которую может занимать электрон при возбуждении. Согласно принципу Паули в ячейке может быть один или два электрона (если два электрона, то они спарены).  
 
В качестве примера приведем схему распределения электронов по квантовым ячейкам в атоме углерода:

 
Орбитали подуровня заполняются  так: сначала по одному электрону  с одинаковыми спинами, а затем  по второму электрону с противоположными спинами. Поскольку в 2р-подуровне  три орбитали с одинаковой энергией, то каждый из двух 2р-электронов занял по одной орбитали (например, р_х и р_у). Одна орбиталь осталась свободной (p_z). У атома углерода два неспаренных электрона. Справа от схемы — в электронной формуле дана более подробная запись с указанием расположения электронов на р_х и р_у-орбиталях. И такую запись также часто применяют.  
 
В атоме азота все три 2p-орбитали (р_{х, ру, pz) заняты одиночными электронами:}

 
 
_{Следовательно, у  него три неспаренных  электрона. Это отражено и в подробной  электронной формуле (справа от схемы).  
Начиная с атома кислорода, 2p-орбитали заполняются вторым электроном с противоположным спином:}

 
_{У атома кислорода  два неспаренных  электрона. У атома  фтора один неспаренный  электрон:}

 
_{Таким образом, размещая электроны по квантовым ячейкам, можно выявить число неспаренных электронов в атоме. У атома Ne завершается заполнение второго уровня:}

 
_{Восемь внешних  электронов (s}²_p⁶_{) образуют очень устойчивую структуру из четырех двухэлектронных облаков. Все электроны у атома неона спарены. Неон — благородный газ.}