Круговая школьная схема
Удобна для счёта уровней и электронов.
Исследуем вместе
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.
01
Электрон не движется по нарисованной дорожке
Круги вокруг ядра помогают считать электроны по уровням, но не являются реальными орбитами. В квантовом описании говорят о вероятности обнаружить электрон в определённой области пространства. Электронное облако изображает распределение этой вероятности.
Более плотная часть рисунка соответствует большей вероятности обнаружения. Это не облако из множества маленьких электронов: один электрон тоже описывается таким распределением. Размер и форма рисунка зависят от состояния электрона.
Электронное облако
Передаёт пространственное распределение вероятности.
Электронное облако описывает вероятность обнаружения электрона. Его нельзя понимать как точную траекторию частицы.
02
Уровень включает подуровни
Первый уровень содержит только s-подуровень, второй — s и p, третий — s, p и d. s-подуровень включает одну орбиталь, p — три, d — пять. По два электрона на орбиталь дают ёмкости 2, 6 и 10.
| Подуровень | Орбиталей | Максимум электронов |
|---|---|---|
| s | 1 | 2 |
| p | 3 | 6 |
| d | 5 | 10 |
Название подуровня и число его электронов — разные сведения. Запись 2p⁴ означает четыре электрона на p-подуровне второго уровня; она не означает четыре орбитали. Орбиталей p по-прежнему три. Суммирование занятости подуровней даёт число электронов уровня.
Подуровни различаются числом орбиталей. Максимальное число электронов равно удвоенному числу орбиталей.
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
03
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.
Почему в 2p³ три неспаренных электрона
АЗОТ: 1s²2s²2p³
Три равноэнергетические орбитали сначала заселяются по одному электрону с параллельными спинами. На одной орбитали максимум два электрона.
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.
Подробности: понятия и примеры
| 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.
04
Составляем запись без пропусков
Для P с Z = 15 последовательно заполняют 1s², 2s², 2p⁶, 3s² и 3p³. Сумма равна 15, внешний уровень содержит пять электронов. Три p-электрона располагаются по одному в трёх клетках.
- Распределить
1s²2s²2p⁶3s²3p³.
- Сложить
2 + 2 + 6 + 2 + 3 = 15.
- Проверить внешние
3s²3p³ → пять электронов.
Пояснение к ходу решения
Проверяют и ёмкость каждого подуровня, и сумму. Записи s³ или p⁷ невозможны. Правильный ответ должен согласоваться с третьим периодом и группой 15, а не только содержать нужное общее число стрелок. Для N: 1s²2s²2p³. На трёх 2p-орбиталях сначала размещают по одному электрону с параллельными спинами; это даёт три неспаренных электрона. Для O: 1s²2s²2p⁴ — один из трёх p-блоков уже занят парой, два остаются с одиночными электронами. Формула 2n² задаёт максимальную ёмкость уровня, а не порядок заполнения всех атомов: у K сначала заселяется 4s, хотя 3d ещё пуст.
Конфигурацию составляют с учётом порядка заполнения и ёмкости. Итог проверяют по Z, периоду и главной группе.
Соберём главное
Шесть выводов
01Электронное облако описывает вероятность обнаружения электрона. Его нельзя понимать как точную траекторию частицы.
02Подуровни различаются числом орбиталей. Максимальное число электронов равно удвоенному числу орбиталей.
03Равноэнергетические орбитали сначала заполняются одиночно. Спаривание начинается после их однократного заполнения.
04Конфигурацию составляют с учётом порядка заполнения и ёмкости. Итог проверяют по Z, периоду и главной группе.
05Клеточная схема показывает спаривание электронов. Одна только сумма электронов не гарантирует правильное заполнение.
06Внешнюю конфигурацию используют для сравнения групп. Полная запись нужна для контроля общего числа электронов.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 9. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 09. Состояние электрона в атоме.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e