От атомного номера к конфигурации
Двигай ползунок от H до Ar. Модель распределит электроны по уровням и орбиталям, показывая очередной шаг заполнения.
Показаны первые 18 элементов. У K следующий электрон занимает 4s раньше 3d.
Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.
Электроны распределены по уровням
Электронные уровни различаются энергией и характерным удалением от ядра. В основном состоянии электроны занимают доступные состояния с учётом порядка энергий. Номер периода указывает число занятых уровней нейтрального атома.
Для Na распределение по уровням 2, 8, 1; для Cl — 2, 8, 7. В обоих случаях заняты три уровня. Последний занятый уровень называют внешним, его электроны особенно важны для химических свойств.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Na: 2, 8, 1 | Три уровня | Один внешний электрон |
| Cl: 2, 8, 7 | Три уровня | Семь внешних электронов |
Электроны распределяются по энергетическим уровням. Внешний уровень играет важную роль в химических взаимодействиях.
Ёмкость не равна фактическому заполнению
Максимальная ёмкость уровня с номером k равна 2k²: 2, 8, 18 для первых трёх. Но у первых 18 элементов на третьем уровне находятся только 3s- и 3p-электроны, максимум восемь.
Следующий электрон у K занимает 4s раньше, чем начинается заполнение 3d. Поэтому правило «заполнить весь третий уровень до 18 и только затем четвёртый» неверно. Порядок определяется энергиями подуровней.
Максимальная ёмкость третьего уровня
18 электронов с учётом 3d.
Третий уровень у Ar
8 электронов: 3s²3p⁶.
Ёмкость уровня и его фактическое заполнение различаются. Подуровни заполняются в порядке энергий, а не только по номеру уровня.
Электронные уровни натрия
Натрий: распределение электронов 2, 8, 1. Круги условно обозначают уровни и не являются траекториями электронов.
Pumbaa; исходная работа Greg Robson · Wikimedia Commons · CC BY-SA 2.0 UK. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Периодическая система химических элементов
В периодической системе находят символы элементов и значения относительных атомных масс.
Cepheus · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Что означает электронная конфигурация
Электронная конфигурация перечисляет занятые подуровни и число электронов на каждом. Для кислорода 1s²2s²2p⁴: сумма показателей 2 + 2 + 4 = 8. Большая цифра задаёт уровень, буква — подуровень, верхняя цифра — число электронов.
Для первых 18 элементов порядок заполнения удобно записывать 1s → 2s → 2p → 3s → 3p. Это более подробная запись, чем распределение по уровням 2, 6 для кислорода. Обе описывают один нейтральный атом.
1s²
Первый уровень, s-подуровень, два электрона.
2s²
Второй уровень, s-подуровень, два электрона.
2p⁴
Второй уровень, p-подуровень, четыре электрона.
Конфигурация показывает распределение электронов по подуровням. Сумма показателей равна числу электронов атома.
Сначала одиночные, затем пары
На равноэнергетических p-орбиталях электроны сначала размещаются по одному с одинаково направленными спинами. Затем начинается спаривание. Это правило Хунда помогает получить правильную клеточную схему.
У N конфигурация 2p³ даёт три неспаренных электрона; у O 2p⁴ — одну пару и два неспаренных. Нельзя поместить первые два p-электрона в одну клетку, оставив другие равноэнергетические клетки пустыми. Разберём углерод: Z = 6, значит, в нейтральном атоме шесть электронов. После 1s² и 2s² остаются два электрона для 2p; они занимают две разные p-орбитали. На внешнем уровне всего четыре электрона, хотя неспаренных в основном состоянии только два. Число внешних и число неспаренных электронов — разные величины.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| N: 2p³ | ↑ · ↑ · ↑ | Три неспаренных |
| O: 2p⁴ | ↑↓ · ↑ · ↑ | Два неспаренных |
| Ne: 2p⁶ | ↑↓ · ↑↓ · ↑↓ | Все спарены |
Равноэнергетические орбитали сначала заполняются одиночно. Спаривание начинается после их однократного заполнения.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 10 класс», § 2. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 10 класс. Химия — § 02. Строение электронных оболочек атомов.pdf. Учтены границы структурных моделей, влияние среды реакции и различия между составом и строением.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Organic Chemistry · OpenStax: реакции моносахаридов