В одной из предыдущих статей я рассказывал о том, как электроны живут в атомах, каким законам подчиняются и как записывать электронную конфигурацию легких атомов (к ним относят обычно атомы элементов первых трех периодов таблицы Менделеева). В этой статье опустимся чуть ниже по таблице и поговорим об электронном строении более тяжелых атомов металлов.
Ниже представлен порядок заполнения электронами орбиталей в атомах химических элементов. Главное правило: электроны занимают орбитали по мере увеличения энергии таким образом, чтобы суммарный спин орбитали был максимальным. Проще говоря: уровни заполняются снизу вверх, и сначала электроны на орбиталях размещаются по одному, а только потом начинают спариваться.
Вышеприведенных правил и рисунка вполне достаточно для того, чтобы верно записать электронную конфигурацию большинства атомов. Но, как известно, из любого правила есть исключения. Так и здесь. Однако эти исключения вполне легко объяснимы следующим фактом:
Особой энергетической устойчивостью обладают наполовину и полностью заполненные орбитали.
Запишем электронную конфигурацию атома хрома. Найдем хром в таблице Менделеева. Его порядковый номер - 24. Это означает, что заряд ядра атома Cr +24, следовательно в поле ядра движется 24 электрона.
Распределим 24 электрона по орбиталям, пользуясь уже известными нам правилами. Помним, что между 4s и 4p-орбиталями заполняется 3d-орбиталь (почему? - объяснял здесь):
Однако, на d-орбитали не хватает одного электрона до наполовину заполненного состояния. А наполовину заполненные орбитали отличаются пониженной энергией. Всё в мире стремится к минимуму энергии; и атом тоже. Поэтому один электрон с 4s-орбитали перескакивает на 3d-орбиталь, благодаря близости энергий этих орбиталей. В результате реальная электронная конфигурация атома хрома записывается так:
Символом в квадратных скобках (у нас это - [Ar]) принято сокращать электронную конфигурацию полностью заполненных невалентных нижних энергетических уровней. У всех благородных газов, которые находятся в 18 группе длиннопериодного варианта периодической системы или в 8 группе краткопериодного, орбитали заполнены полностью, и чтобы не переписывать каждый раз одно и то же пользуются таким способом сокращения записи.
Таким же исключением из правил является атом меди. Ему не хватает одного электрона для полного заполнения 3d-орбитали. И он, как и хром, берет этот электрон с 4-s орбитали:
Именно на тех же основаниях электронная конфигурация молибдена - [Kr] 4d(5)5s(1) (надстрочные индексы указаны в скобках), серебра - [Kr] 4d(10) 5s(1).
Такие же электронные перескоки наблюдаются и у f-элементов. Разберем их электронную конфигурацию в одной из следующих публикаций. Подписывайтесь на наш канал =)