Послідовність заповнення електронами енергетичних рівнів та підрівнів. Електронні формули атомів

Д. І. Менделєєв установив періодичну залежність властивостей елементів і їхніх сполук від величини атомної маси. Фізики підтвердили наявність цієї залежності й пов’язали її із зарядом ядер атомів. Залишалося встановити, чому за постійного збільшення зарядів ядер атомів властивості елементів та утворених ними сполук періодично повторюються. Що є причиною періодичності? Відповідь на це запитання допоможе вам одержати матеріал цього параграфа.

Для того щоб зрозуміти взаємозв’язок будови електронної оболонки атома й періодичної повторюваності властивостей речовин, з’ясуємо послідовність заповнення електронами енергетичних рівнів та підрівнів перших 20 хімічних елементів періодичної системи.

ЗАПОВНЕННЯ ЕЛЕКТРОНАМИ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РІВНІВ ТА ПІДРІВНІВ. За сучасною теорією будови атома, розподіл електронів електронних оболонок перших 20 хімічних елементів періодичної системи підлягає таким правилам.

Спочатку електронами заповнюється перший енергетичний рівень, потім другий, і тільки після остаточного заповнення другого енергетичного рівня розпочинається заповнення третього рівня.

У межах одного енергетичного рівня першим заповнюється s-підрівень, і тільки після його заповнення розпочинається заповнення другого підрівня — р-підрівня.

Загальна кількість електронів в електронній оболонці атома дорівнює порядковому номеру (протонному числу) хімічного елемента.

Максимальна кількість електронів на 1-му енергетичному рівні два, на 2-му — вісім, на 3-му — вісімнадцять.

Максимальна кількість електронів на підрівні s — 2 е, підрівні р — 6 е, підрівні d — 10 е.

Для елементів 4-7-го періодів до цих правил додаються правила щодо заповнення електронами підрівнів d та /.

ЕЛЕКТРОННІ ФОРМУЛИ АТОМІВ. Заповнення електронами енергетичних рівнів та підрівнів електронної оболонки атома відображають записом, що має назву електронна формула атома (його інша назва — електронна конфігурація атома).

Електронна формула атома — це запис розподілу електронів в атомі за допомогою арабських чисел I, 2, 3...7, якими позначають енергетичні рівні, символів підрівнів (s, р, d, f) та верхніх індексів, що вказують кількість електронів на підрівні.

Наприклад, записом Is² (читається один-ес-два) позначено перший енергетичний рівень із наявним одним підрівнем s, заповненим двома електронами:

Інший приклад. Електронна формула атома Is² 2s² 2р^Л означає, що електронна оболонка атома складається з двох енергетичних рівнів. На першому енергетичному' рівні на s-підрівні містяться два s-електрони. На другому енергетичному рівні є два підрівні: s-підрівень із двома s-електронами та р-підрівень із трьома р-електроиами. Тобто s-підрівень заповнений повністю, р-підрівень — наполовину.

ПОСЛІДОВНІСТЬ ЗАПОВНЕННЯ ЕЛЕКТРОНАМИ РІВНІВ, 1ПД-PlBlHB В АТОМАХ ЕЛЕМЕНТІВ ПЕРШИХ ТРЬОХ ПЕРІОДІВ. Перший період складається лише з двох елементів — Гідрогену та Гелію. У Гідрогену заповнення першого енергетичного рівня розпочинається, а в Гелію — завершується. Електронні формули цих атомів такі:

Третім у періодичній системі розміщений хімічний елемент Літій. Номер періоду вказує на наявність двох енергетичних рівнів як у Літію, так і в решти елементів цього періоду (до Неону включно). Згідно з наведеними вище правилами та розглянутими прикладами, напишемо електронні формули атомів хімічних елементів другого періоду':

Як бачимо, у Бору з’явився перший р-електрон і розпочалося заповнення р-підрівня. У кожного з наступних п’яти елементів — Карбону, Нітрогену, Оксигену, Флуору та Неону — електронна оболонка збагачується на 1 електрон, і всі вони заповнюватимуть р-підрівень другого енергетичного рівня:

Зверніть увагу, Неоном закінчується другий період, і на ньому завершується заповнення електронами другого енергетичного рівня. Для одинадцятого електрона наступного елемента Натрію, яким починається третій період, вільних орбіталей на другому енергетичному рівні не залишилося.

Вам відомо, що на третьому енергетичному рівні, крім «- та р-підрівнів, можлива наявність підрівня d (максимально можлива кількість електронів — 10). Але доки у нього не заповняться електронами я- та р-підрівні, с/-підрівень залишатиметься порожнім. Інколи порожній с/-підрівень зазначають в електронній формулі атома як d⁰.

Згідно з правилами одинадцятий електрон атома Натрію розпочинає заповнення третього енергетичного рівня з підрівня я:

У Магнію завершується заповнення 3 s-підрівпя:

Після того, як s-підрівень третього енергетичного рівня заповнився, в Алюмінію розпочинається заповнення р-підрівня. Завершується воно в Аргону.

Як бачимо, жоден елемент третього періоду не містить електронів на підрівні сі.

Наступний після Аргону елемент Калій розміщений у четвертому періоді. В електронній оболонці його атома з’являється дев’ятнадцятий електрон, яким розпочинається заповнення четвертого енергетичного рівня:

ПРИЧИНА ПЕРІОДИЧНОСТІ. Випишемо в стовпчик електронні формули лужних елементів:

Вивчаючи природну родину лужних елементів (параграф 5), ви дізналися про подібність властивостей простих речовин і сполук цих елементів. Як видно із записів електронних формул атомів Літію, Натрію, Калію, ці елементи мають однакову будову зовнішнього енергетичного рівня — він містить лише ОДИН S-електрон.

Причиною періодичної повторюваності властивостей хімічних елементів й утворених ними сполук є поява елементів з однаковою будовою зовнішнього енергетичного рівня (для елементів головних підгруп) та передостаннього енергетичного рівня (для елементів побічних підгруп).

Як вам відомо, великі періоди складаються з двох рядів і містять більше елементів — з’являються елементи побічних підгруп, лантаноїди та актиноїди. Як відбувається заповнення електронних оболонок їхніх атомів, ви вивчатимете у старшій школі.

Електронна формула атома — це позначення розміщення електронів в електронній оболонці атома за допомогою цифр та літер англійського алфавіту S₁ р, d, f.

Для того щоб безпомилково написати електронну формулу атома, необхідно: а) дізнатися, скільки всього електронів має атом; б) з’ясувати, в якому періоді періодичної системи розміщений елемент; в) дотримуватися послідовності заповнення електронами енергетичних рівнів та під-рівнів, описаної в параграфі.

Періодична повторюваність властивостей елементів є наслідком періодичної повторюваності будови їхніх електронних оболонок.

Попрацюйте з періодичною системою та пересвідчіться, що в четвертому періоді після Калію і Кальцію — елементів головних підгруп — розміщено 10 елементів побічних підгруп із порядковими номерами 21-30. Особливість заповнення електронами електронних оболонок цих атомів полягає в тому, що зовнішній (четвертий) енергетичний рівень має заповнений лише s-підрівень (4s²). а кожний з 10 електронів, що послідовно з’являються в елементів побічних підгруп, заповнює підрівень d передостаннього (третього) енергетичного рівня:

У деяких елементів побічних підгруп один із двох s-електронів зовнішнього енергетичного рівня може переміститися на d-підрівень, як, наприклад, у Купруму:

Та в будь-якому разі число електронів дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі.

Який порядок заповнення електронами енергетичних рівнів і підрівнів? Що є спільного в будові електронних оболонок:

а) Берилію й Магнію;

б) Алюмінію й Сульфуру;

в) Неону й Аргону?

Відповідь підтвердьте записами електронних формул атомів.

Чому за постійного збільшення зарядів ядер атомів властивості елементів та утворених ними сполук періодично повторюються?

Назвіть хімічні елементи, атомам яких належать такі електронні формули:

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Ярошенко